Resumen del proyecto
Como una de las mayores empresas integradas del sector energético y químico del mundo, Sinopec gestiona docenas de refinerías y complejos petroquímicos en toda China. En una importante refinería del este de China, la dirección de la instalación detectó una deficiencia sistemática en su infraestructura de muestreo de procesos: múltiples unidades de destilación y parques de tanques intermedios seguían utilizando métodos tradicionales de muestreo de bucle abierto (muestreo puntual), lo que suponía importantes riesgos para la seguridad, el medio ambiente y la calidad de los datos.
Se encargó a Wanan Technology el diseño, la fabricación y el suministro de un completo sistema de muestreo de circuito cerrado Paquete que abarca 18 puntos de muestreo repartidos en tres unidades de proceso: destilación de crudo, craqueo catalítico y acabado de productos. El alcance del proyecto incluía el diseño de ingeniería, la selección de materiales, la fabricación, las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) y el apoyo a la puesta en marcha in situ.
El reto: una infraestructura de muestreo obsoleta
El sistema de muestreo existente en la refinería consistía en simples válvulas de aguja y frascos abiertos, un método que se venía utilizando desde la construcción original de la instalación. A lo largo de años de funcionamiento y tras múltiples auditorías de salud, seguridad y medio ambiente (HSE), se habían documentado varios problemas críticos:
- Exposición del operador: El personal encargado del muestreo estaba expuesto habitualmente a corrientes que contenían benceno, sulfuro de hidrógeno (H₂S) y vapores de hidrocarburos volátiles. A pesar de los requisitos en materia de EPI, el riesgo de exposición aguda durante las operaciones de muestreo a alta presión seguía siendo una preocupación constante para el departamento de Seguridad, Salud y Medio Ambiente (HSE).
- Emisiones fugitivas de COV: Cada operación de muestreo en circuito abierto liberaba a la atmósfera una cantidad estimada de entre 0,5 y 2 litros de vapores de hidrocarburos. Dados los cientos de operaciones de muestreo que se realizaban cada semana en toda la refinería, las emisiones acumuladas se señalaron en la auditoría de cumplimiento medioambiental de la instalación como un aspecto prioritario que debía subsanarse.
- Inexactitud de la muestra: El personal del laboratorio informó de resultados inconsistentes en la presión de vapor de Reid (RVP) y de puntos finales de destilación variables en muestras idénticas de materia prima. El análisis de la causa raíz atribuyó la discrepancia a las pérdidas de fracciones ligeras durante el traslado de las muestras al aire libre, lo que resulta especialmente problemático para el análisis de nafta y de materias primas para mezclas de gasolina.
- Presión normativa: La evolución de la norma china GB 31570-2015 sobre los límites de emisión de contaminantes en el refinado de petróleo, junto con el programa interno de mejora de HSE de Sinopec, estableció un plazo firme para la modernización del sistema de muestreo.
Diseño e ingeniería de soluciones
El equipo de ingeniería de Wanan llevó a cabo un estudio de campo para cartografiar los 18 puntos de muestreo, documentando las condiciones del proceso en cada ubicación:
| Unidad de proceso | Puntos de muestreo | Fluido típico | Rango de presión | Rango de temperatura |
|---|---|---|---|---|
| Destilación de crudo | 7 puntos | Carga de crudo, nafta, queroseno, gasóleo, residuo atmosférico | 0,5 – 3,5 MPa | 40 – 350 °C |
| Craqueo catalítico | 6 puntos | LCO, gasolina, GLP, amina rica, agua ácida | 0,8 – 4,0 MPa | 40 – 200 °C |
| Acabado del producto | 5 puntos | Gasolina refinada, gasóleo, combustible para aviones, reformado | 0,3 – 2,0 MPa | 30 – 80 °C |
A partir de esta encuesta, se diseñaron tres configuraciones de paneles de muestreo:
1. Paneles de cilindros de pistón de presión constante (8 puntos)
En el caso de corrientes volátiles (nafta, GLP, gasolina, reformado), cilindros de muestreo a presión constante Se especificaron pistones con resorte. Estos mantienen la muestra a la presión del proceso durante toda la extracción y el transporte, lo que evita la vaporización instantánea de los componentes ligeros que podría alterar los análisis de RVP y de destilación. Los paneles estaban equipados con aislamiento de doble válvula, manómetros y circuitos de purga integrados.
2. Paneles de muestreo cilíndricos estándar (7 puntos)
Para corrientes de líquido estables (gasóleo, queroseno, residuo atmosférico, LCO), se seleccionaron cilindros de muestreo estándar de acero inoxidable 316L con válvulas de aguja. Estos paneles incluían una válvula de aislamiento del proceso, una válvula de purga/ventilación y una conexión al cilindro con racores de conexión rápida para facilitar el flujo de trabajo del operario.
3. Panel de muestreo calefactado (3 puntos)
Para corrientes de alta viscosidad (residuo atmosférico a 350 °C), se diseñaron paneles calefactados con traza de vapor y tubos de diámetro sobredimensionado (3/8 de pulgada como mínimo) con el fin de mantener la fluidez durante el ciclo de muestreo. El diseño del panel incluía una sección de enfriamiento para llevar la muestra a una temperatura manejable antes de que entrara en el cilindro.
Equipamiento suministrado
| Artículo | Especificaciones | Cantidad | Certificación |
|---|---|---|---|
| Paneles de muestreo a presión constante | Acero inoxidable 316L, con una presión nominal de 6,4 MPa, con cilindro de pistón (500 ml) | 8 series | Sello «U» de la ASME, GB/T 150 |
| Paneles de muestreo estándar | Acero inoxidable 316L, con una presión nominal de 4,0 MPa, con cilindro (1 L) | 7 series | Sello «U» de la ASME, GB/T 150 |
| Paneles de muestreo calefactados | Acero inoxidable 316L, con calefacción por vapor, presión nominal de 4,0 MPa, con cilindro (1 L) | 3 series | Sello «U» de la ASME, GB/T 150 |
| Cilindros de muestreo de repuesto | Acero inoxidable 316L, 500 ml y 1 l, con válvulas en ambos extremos | 40 juegos | EN 10204 3.1, GB 5099 |
| Kits de juntas de repuesto y juntas | PTFE/grafito, juego completo para 2 años de funcionamiento | 1 lote | Probado en fábrica |
Instalación y puesta en marcha
El proyecto se llevó a cabo en un plazo de 14 semanas:
- Semanas 1 a 3: Ingeniería de detalle, revisión de esquemas P&ID y cálculo de materiales. Los ingenieros de Wanan colaboraron con el departamento de ingeniería de procesos de la refinería para confirmar todos los puntos de conexión, la ubicación de las válvulas de aislamiento y los recorridos de las líneas de muestreo.
- Semanas 4 a 10: Fabricación y montaje en las instalaciones de Wanan en Honghu, Hubei, certificadas con el sello «U» de la ASME. Todos los componentes sometidos a presión se sometieron a ensayos hidrostáticos a 1,5 veces la presión de diseño. Se garantizó en todo momento la trazabilidad de los materiales según la norma EN 10204 3.1.
- Semanas 8-9: Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) se llevaron a cabo en las instalaciones de Wanan, en presencia de los ingenieros de inspección de Sinopec. Las pruebas incluyeron ensayos de mantenimiento de presión, pruebas de funcionamiento de válvulas, pruebas de fugas en cilindros (detector de helio con una sensibilidad de 1×10⁻⁶ cc estándar/segundo) y verificación dimensional.
- Semanas 11-13: Envío, instalación in situ y finalización mecánica. Los ingenieros de servicio del yacimiento de Wanan supervisaron la instalación de los 18 paneles de muestreo, incluidas las conexiones al proceso, los tramos de tubería y los soportes estructurales.
- Semana 14: Puesta en marcha y formación de los operarios. Se realizó una prueba de funcionamiento de cada punto de muestreo con el fluido real del proceso. Los operarios recibieron formación práctica sobre los procedimientos de purga, la manipulación de cilindros y los protocolos de mantenimiento. Se entregó un manual detallado de funcionamiento y mantenimiento (en chino e inglés).
Resultados y consecuencias
Se realizó un seguimiento del rendimiento tras la instalación durante un periodo de seis meses, con los siguientes resultados documentados:
| Métrico | Antes de la actualización | Tras la actualización | Mejora |
|---|---|---|---|
| Incidentes relacionados con la exposición de los operadores (por trimestre) | 3-5 incidentes de exposición de menor gravedad | 0 incidentes notificados | Eliminación de 100% |
| Emisiones fugitivas de COV procedentes del muestreo | ~150-200 L/semana de emisión total de vapor | Casi nulo (medido por debajo del límite de detección) | >Reducción 99% |
| Repetibilidad del análisis de RVP | Variación de +/- 0,8 kPa | Variación de +/- 0,15 kPa | Mejora de 5 veces |
| Índice de rechazo de muestras de laboratorio | ~12% (contaminación/destello) | <2% (solo de procedimiento) | Reducción 85% |
| Tiempo por operación de muestreo | 10-15 min (método abierto) | 4-7 min (circuito cerrado) | ~50% más rápido |
Más allá de los indicadores cuantificables, el departamento de Seguridad, Salud y Medio Ambiente (HSE) de la refinería informó de que la mejora del sistema de muestreo en circuito cerrado recibió una valoración positiva en la posterior auditoría de seguridad corporativa. El equipo de cumplimiento medioambiental confirmó que las emisiones fugitivas relacionadas con el muestreo se habían eliminado de forma efectiva del informe de inventario de emisiones de la instalación.
Puntos clave para los operadores de refinerías
Este proyecto ilustra varios principios que se aplican de manera general a las mejoras de los sistemas de muestreo en cualquier refinería o planta petroquímica:
- No hay una solución única para todos. Un único diseño de panel de muestreo no puede adaptarse a todas las condiciones del proceso. Las corrientes volátiles requieren cilindros de pistón de presión constante; las corrientes viscosas necesitan paneles calefactados; los líquidos estables pueden utilizar configuraciones estándar. Es fundamental realizar un diseño técnico adecuado para cada punto.
- La trazabilidad de los materiales es importante. Para aplicaciones en refinerías, el acero inoxidable 316L con certificación completa EN 10204 3.1 es el estándar mínimo. El servicio en entornos ácidos (que contienen H₂S) requiere el cumplimiento de la norma NACE MR0175/ISO 15156. Prescindir de la documentación del material para ahorrar costes es un falso ahorro.
- La formación de los operadores es imprescindible. Incluso el sistema de circuito cerrado mejor diseñado no rendirá al máximo si los operarios vuelven a caer en viejos hábitos. Una formación práctica estructurada durante la puesta en marcha, complementada con procedimientos visuales claros en cada punto de muestreo, garantiza un uso adecuado y duradero.
- La planificación de las piezas de recambio evita los tiempos de inactividad. Las juntas, las juntas de estanqueidad y los cilindros de repuesto deben pedirse junto con el equipo inicial. En este proyecto se incluyó un stock de piezas de repuesto para dos años, lo que resultó esencial cuando fue necesario volver a someter a pruebas un cilindro tras haber estado expuesto a un servicio con gases ácidos.
Para aquellas instalaciones que tengan previsto realizar mejoras similares, Wanan Technology ofrece estudios de emplazamiento, diseño de ingeniería y fabricación a medida de sistemas de muestreo de circuito cerrado Conforme a las normas ASME, GB, ATEX y PED. Nuestra experiencia abarca más de 40 países e incluye trabajos realizados para instalaciones de Sinopec, PetroChina, ExxonMobil, Lukoil y BASF.
Preguntas frecuentes
¿Cuánto tiempo suele tardar la actualización de un sistema de muestreo de circuito cerrado en una refinería?
En el caso de una refinería de tamaño medio (entre 20 y 30 puntos de muestreo), la duración habitual del proyecto es de entre 12 y 16 semanas, desde el inicio de la fase de ingeniería hasta la puesta en marcha definitiva. Esto incluye entre 2 y 3 semanas de ingeniería de detalle, entre 6 y 8 semanas de fabricación, entre 1 y 2 semanas para las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) y entre 2 y 3 semanas para la instalación in situ y la puesta en marcha. Las instalaciones de mayor tamaño o aquellas que requieran paneles calefactados para servicios con fluidos viscosos pueden necesitar más tiempo.
¿Es posible adaptar los puntos de muestreo existentes con paneles de circuito cerrado?
Sí, la gran mayoría de las actualizaciones de muestreo en circuito cerrado son adaptaciones. Los ingenieros de Wanan evalúan cada punto de muestreo existente para comprobar la compatibilidad de las conexiones del proceso (tamaño de la brida, norma de rosca), la disponibilidad de soportes estructurales y el espacio libre de acceso. La mayoría de las adaptaciones utilizan la boquilla de proceso existente junto con un nuevo conjunto montado en panel, lo que minimiza los trabajos en caliente y el tiempo de inactividad del proceso.
¿Qué certificaciones se exigen para los sistemas de muestreo en las refinerías chinas?
En el caso de las refinerías nacionales, las normas principales son la GB/T 150 (recipientes a presión), la GB 5099 (bombonas de gas de acero sin costura) y, cuando proceda, los controles de emisiones aprobados por la SEPA. Los paneles de muestreo y los cilindros de Wanan cuentan con la certificación ASME U-Stamp (reconocida internacionalmente), además de la documentación de conformidad con la norma GB nacional. Para las instalaciones orientadas a la exportación o sometidas a auditorías internacionales, también pueden especificarse las certificaciones ATEX y PED.
¿En qué se diferencia el tratamiento de los puntos de muestreo de gas sulfhídrico (H₂S)?
El muestreo en servicio ácido requiere materiales que cumplan con la norma NACE MR0175/ISO 15156 en todo el recorrido de contacto con el fluido. Wanan especifica acero inoxidable 316L endurecido o dúplex para los componentes internos de las válvulas, juntas especializadas para servicio ácido (PTFE con rellenos resistentes a los ácidos) y pasivación interna de los cilindros. Los cilindros en servicio ácido requieren inspecciones más frecuentes —normalmente anuales, en lugar del intervalo estándar de 5 años para la repetición de la prueba hidrostática—.
¿Cuál es el plazo de recuperación de la inversión (ROI) de una actualización del sistema de muestreo de circuito cerrado?
La mayoría de las mejoras en los sistemas de muestreo de las refinerías logran un retorno de la inversión positivo en un plazo de entre 12 y 24 meses gracias a una combinación de factores: la eliminación de los costes derivados de los incidentes de exposición (bajas médicas, seguros), la reducción de la mano de obra necesaria para repetir los muestreos en laboratorio, la prevención de sanciones por incumplimiento de la normativa medioambiental y la mejora de la calidad del producto (menos lotes fuera de especificación gracias a un muestreo preciso). El mayor impacto financiero individual suele ser la prevención de un solo cargamento que no cumple las especificaciones: un único resultado erróneo de RVP en un envío de gasolina puede costar más que toda la inversión en el sistema de muestreo.
¿Estás pensando en actualizar tu sistema de muestreo? El equipo de ingeniería de Wanan Technology puede ayudarte a evaluar las necesidades de tus instalaciones, diseñar soluciones a medida y suministrar equipos certificados por la ASME con toda la documentación necesaria. Hemos suministrado sistemas a refinerías y plantas químicas en más de 40 países.
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