Sistemas de antorchas desmontables en Norteamérica

Sistemas de antorchas desmontables en Norteamérica

Los sistemas de antorchasdesmontableshan sido una solución de diseño de antorchas muy popular entre muchos usuarios de todo el mundo, ya que ofrecen ventajas clave en determinadas circunstancias. Los primeros sistemas de chimeneas desmontables fueron diseñados e instalados por Shell en Europa. Posteriormente, Shell aplicó este mismo diseño en sus principales refinerías y plantas químicas de todo el mundo, incluidas las de Oriente Medio, Asia y Australia. Posteriormente, también los utilizaron muchas otras empresas petroleras, petroquímicas y de gas. Sólo en los últimos 10 años se han generalizado en Norteamérica.

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¿Cómo funcionan?

Un sistema de antorcha desmontable es un sistema de antorcha que incluye una estructura de torre de perforación que soporta normalmente una o más antorchas junto con tuberías de servicios públicos, una torre de escaleras, plataformas de acceso y un patín de cabrestante común. Los sistemas desmontables pueden diseñarse para soportar una o varias chimeneas de antorcha, algunas de las cuales pueden tener hasta 10 chimeneas. En la figura 1 se muestran los principales componentes de un sistema de antorcha desmontable.

La estructura de la torre de perforación suele fabricarse con tubos de acero estructural y puede diseñarse como una estructura de tres o cuatro patas. Una estructura de torre de perforación debe incluir una torre de escaleras y las escaleras y plataformas necesarias para acceder al equipo de desmontaje en elevación. Se proporciona blindaje para proteger al personal de la radiación, lo que permite al personal acceder al sistema de antorcha de forma segura, incluso durante un evento de antorcha de cualquier chimenea de antorcha activa.

La(s) chimenea(s) de antorcha se fabrica(n) en secciones embridadas de entre 12 y 24 m (40 a 80 pies) de longitud y tiene(n) tuberías de servicios preinstaladas en cada sección para suministrar gas piloto/encendido/vapor a cada antorcha. Las antorchas se instalan en una de las caras planas de la estructura de la torre de perforación para permitir el acceso para su desmontaje. Las chimeneas de antorcha se pueden desmontar sección por sección, y las conexiones de brida de la chimenea y las tuberías de servicio se desatornillan a medida que se baja cada sección. En la base de la estructura de la torre de perforación hay mesas y camas basculantes para bajar las secciones desmontadas a nivel.

Un sistema de antorcha desmontable se suministra con un patín de cabrestante de desmontaje que consta de un único motor que da servicio a un cabrestante de elevación y a un cabrestante de inclinación. Los cabrestantes y el motor están diseñados para la carga más pesada y más pesada, para permitir que un único sistema de cabrestante preste servicio a cualquiera de las chimeneas de la estructura de la torre de perforación.

¿Cuáles son las ventajas?

Los sistemas de antorchas desmontables se han hecho muy populares en diversas aplicaciones relacionadas con el refino, la petroquímica y el GNL debido a la versatilidad que ofrecen. La mayoría de los sistemas desmontables incluyen varias antorchas, y la mayoría tienen instalada una antorcha de repuesto. Esta antorcha de repuesto permanece inactiva, en modo de espera, durante el funcionamiento normal del sistema de antorcha. Cuando es necesario realizar tareas de mantenimiento en cualquier antorcha activa del sistema, se pone en servicio la antorcha de repuesto. Las unidades de proceso asociadas a una punta o chimenea de antorcha que requiera inspección o mantenimiento pueden desviarse a la chimenea de repuesto, mientras que la chimenea y la punta de antorcha principales se desmontan al nivel del suelo para permitir su reacondicionamiento o sustitución. Este diseño flexible permite a las instalaciones realizar el mantenimiento necesario sin necesidad de parar la planta o las unidades de proceso.

Incluso las antorchas desmontables que no incluyen un repuesto instalado proporcionan una mayor flexibilidad en las instalaciones, ya que la pila o el extremo que requiere mantenimiento puede bajarse a nivel sin necesidad de utilizar una grúa alta (y normalmente cara). Las antorchas desmontables eliminan este importante coste, ya que las chimeneas individuales pueden bajarse hasta el nivel del suelo para cualquier tarea de mantenimiento, utilizando el sistema de desmontaje y el paquete de cabrestante integrados. Este diseño permite a la instalación apagar sólo las unidades asociadas a la chimenea en mantenimiento, en lugar de tener que apagar toda la planta. Por el contrario, los sistemas tradicionales de antorcha elevada suelen requerir la movilización de una grúa pesada y costosa para acceder al extremo de la antorcha o a los pilotos para su mantenimiento.

Otra ventaja de los sistemas de antorchas desmontables es el espacio considerablemente menor que requieren en la parcela de la planta, en comparación con lo que necesitaría un conjunto equivalente de sistemas de antorchas independientes tradicionales.

Caso práctico 1

Este estudio de caso detalla un sistema de antorcha desmontable para una aplicación de GNL en EE.UU. que ha estado en servicio durante aproximadamente cinco años. En este caso, el usuario optó por separar los cabezales de antorcha caliente y fría y enviarlos a chimeneas separadas en la estructura de la torre de perforación. El colector caliente está construido en acero al carbono y el frío en acero inoxidable. La altura total de la chimenea es de casi 150 m y la estructura de la torre de perforación tiene un diseño de tres patas. Cada chimenea de antorcha cuenta con asistencia de aire para permitir un funcionamiento sin humos en operaciones continuas, de arranque, de parada y de mantenimiento.

El usuario quería que este sistema incluyera una chimenea de repuesto independiente para cada antorcha de proceso, lo que significa que la estructura incluye un total de cuatro chimeneas: dos calientes y dos frías. De este modo, el usuario dispone de una flexibilidad considerable en lo que respecta a los requisitos de mantenimiento y reacondicionamiento, ya que cada flujo de cabecera puede desviarse a su correspondiente chimenea de repuesto mientras la planta sigue en funcionamiento. No es necesario parar ninguno de los dos sistemas de antorcha, y todo el mantenimiento puede realizarse mientras la planta está en línea gracias al sistema de antorcha desmontable.

Para mejorar aún más la capacidad de mantener cualquiera de los dos sistemas de antorcha mientras la planta sigue en funcionamiento, el usuario también optó por instalar termopares totalmente retráctiles y luces de advertencia de aviación retráctiles. Los termopares, que se utilizan para la detección de la llama piloto tal y como exige la normativa, pueden retirarse y sustituirse desde el suelo mientras la antorcha está en funcionamiento, lo que significa que no es necesario desmontar la chimenea de la antorcha para sustituir el termopar. Las luces de advertencia de la aeronave también pueden replegarse hasta el nivel del suelo mediante un sistema de descenso independiente que no requiere el desmontaje de las columnas de antorcha.

Caso práctico 2 

Este caso práctico detalla un sistema de antorcha desmontable para una aplicación de GNL en una región septentrional de Norteamérica que se completó en 2023. Al igual que en el estudio de caso 1, el usuario decidió separar los procesos en caliente y en frío en diferentes cabeceras de antorcha y chimeneas en una estructura de torre de perforación desmontable. El usuario también añadió una chimenea para gestionar los casos de quema marina de sus instalaciones. Este sistema de antorcha desmontable incluye una única chimenea de antorcha de repuesto instalada, adecuada para gestionar los caudales de cualquiera de los tres tubos ascendentes de antorcha activos instalados en la estructura. Este sistema tiene unos 120 m (400 pies) de altura y utiliza un diseño de torre de perforación de cuatro patas. El usuario de esta aplicación dispone de una presión relativamente alta para el gas de antorcha entrante y pudo utilizar diseños de punta de antorcha de alta presión para garantizar un rendimiento sin humo sin medios auxiliares, como vapor o aire.

Este diseño de sistema desmontable permite al usuario realizar el mantenimiento de un sistema de antorcha a la vez desviando su flujo al elevador común de repuesto. Aunque tiene menos flexibilidad de repuesto que la unidad del estudio de caso 1, este diseño es una opción de menor coste porque utiliza cuatro antorchas en total (tres primarias más una de repuesto) en lugar de seis (tres primarias más tres de repuesto).

Esta estructura de torre de perforación desmontable también está equipada con termopares retráctiles y luces de advertencia de aviación retráctiles, lo que permite la reparación y sustitución de estos componentes desde el suelo sin desmontar ninguna punta de antorcha o chimenea.

Caso práctico 3 

Este estudio de caso detalla un sistema de antorcha desmontable para una aplicación de refinería en una región del sur de Norteamérica que se completó en 2023. Para este sistema desmontable, el usuario ha separado los flujos de antorcha en tres colectores dedicados con un elevador para los flujos de alta presión, un elevador para los flujos de baja presión y un elevador para los flujos de antorcha de ácido. Este sistema tiene una única chimenea de antorcha común de repuesto adecuada para manejar los caudales de cualquiera de los tres elevadores de antorcha activos. Este sistema tiene casi 200 m (650 pies) de altura y utiliza un diseño de torre de perforación de tres patas. Esta torre de perforación desmontable está situada en una refinería, por lo que se dispone de vapor a media presión como medio auxiliar de rendimiento sin humo para las puntas de antorcha. Este sistema de antorcha desmontable también incluye tambores de sellado líquido para cada antorcha, que están situados a nivel fuera de la propia estructura de la torre de perforación.

Al igual que en el estudio de caso 2, este diseño permite al usuario mantener un sistema de antorchas a la vez desviando los flujos a la antorcha común de repuesto mientras los otros dos sistemas de antorchas permanecen en funcionamiento, lo que demuestra que este diseño de ahorro de costes puede ser adecuado tanto para aplicaciones de GNL como de refinerías.

Al igual que en los casos 1 y 2, esta estructura de torre de perforación desmontable está equipada con termopares retráctiles y luces de advertencia para aviones, lo que permite reparar y sustituir estos componentes desde el suelo, sin desmontar las puntas de antorcha ni las chimeneas.

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Conclusión

Los sistemas de antorchas desmontables se han convertido en una opción cada vez más popular y aceptada para aplicaciones de sistemas de antorchas de gran tamaño en refinerías, plantas petroquímicas e instalaciones de GNL. Como ilustran los estudios de casos que se han compartido, existen varias opciones de diseño, incluidas diferentes configuraciones de torres de perforación y opciones de chimeneas de repuesto. Aunque estas opciones varían en precio, ofrecen flexibilidad en términos de espacio en la parcela y mantenimiento, que los usuarios deben sopesar frente a los costes de capital y los presupuestos generales de funcionamiento/mantenimiento continuo.