Diseño de un plan de mantenimiento centrado en indicadores exergoeconómicos del sistema de cogeneración con ciclo combinado de una refinería

Abstract

La siguiente investigación tiene como objeto de estudio una planta de ciclo combinado impulsada por una turbina a gas Siemens STG-800 diseñada para producir una potencia eléctrica de 47,5 MW y una producción de vapor de 81.908 Kg/h mediante una caldera recuperadora de calor (HRSG) MACCHI, la planta hace parte de la sección de generación de vapor y energía eléctrica de una refinería ubicada en la ciudad de Cartagena de Indias. Las condiciones típicas de la ciudad difieren con las condiciones ISO, esto genera la necesidad de obtener información acerca del desempeño de cada uno de los equipos bajo las condiciones de operación, para lograr esto la investigación ha sido organizada de la siguiente manera: primero se define la termodinámica básica en las fronteras de los equipos y se realizan los balances de energía para cada componente, se definen parámetros de desempeño que permitan comparar el ajuste del modelo termodinámico con los valores proporcionados por el fabricante, con el modelo ajustado se realizan los balances de exergía para obtener la tasa de destrucción de exergía y la eficiencia exergética para cada componente y toda la planta, dado que se requiere evaluar el comportamiento de la interacciones entre los equipos se realiza un análisis exergético avanzado el cual además permite conocer la capacidad de mejora por equipo teniendo en cuenta su fuente principal de irreversibilidades, para cuantificar el factor monetario de pérdidas y capacidad de recuperación se hace un análisis exergoeconómico y exergoeconómico avanzado. Para elaborar el programa de mantenimiento primero se realiza la evaluación de la degradación de los parámetros de desempeño con respecto al tiempo de funcionamiento ocasionado por el fouling y la erosión en el compresor y la turbina de la turbogas, se establecen los indicadores de mantenimiento ajustados al objeto de estudio y se elabora una matriz de criticidad que permite obtener la aplicación de mantenimiento oportuna que devuelva la eficiencia perdida a los equipos debido a estos parámetros de degradación, obteniendo así la relación costo-beneficio más optima. El modelo termodinámico se simula mediante la herramienta EES (Engineering Equation Solver) y se ajusta con un error promedio del 2% para los KPI’s principales como la potencia neta, la tasa de calor y la eficiencia térmica, el análisis exergético convencional permite establecer el día 206 como el punto de operación que posee mayor destrucción de exergía, este se usa como base para realizar el análisis exergético avanzado del cual se establece que el compresor de la turbogas es el equipo con mayor interacción sobre las irreversibilidades de los demás equipo. El análisis exergoeconómico y exergoeconómico avanzado permite establecer que los equipos que presentan reacciones químicas en su funcionamiento presentan el costo más alto de destrucción de exergía, los indicadores de mantenimiento se evaluaron respecto al tiempo de funcionamiento con el fin de obtener para cada tipo de mantenimiento el punto de operación adecuado de aplicación para reducir las ineficiencias evitables, finalmente se establece que los mantenimiento A y B deben adelantar su aplicación a diferencia del mantenimiento tipo IV el cual se debe extender el tiempo de aplicación respecto a lo establecido por el fabricante en su manual de servicio.