comparto la siguiente ponencia. SALUDOS............ Walter F. M. Quiquinta

1. "Experiencias en la conversión de
calderas de petróleo a Gas Natural"
Ing. José Sobrino Zimmermann
Ing. Rubén Darío Torres
SAN MIGUEL INDUSTRIAL S. A.
SETIEMBRE 2,005

2. Justificación:
Necesidad de implementar en breve en nuestras plantas el
consumo de Gas natural.
Tecnología limpia y eficiente
Ahorros muy significativos
Reduce el impacto ambiental
Disminución de costos de mantenimiento
Mejorar el proceso adaptando la tecnología del G.N.

3. VISIÓN:
 Fortalecimiento de nuestra creciente industria
nacional con el tratamiento y uso del gas
natural, mejorando la eficiencia de las calderas
de vapor y evaluando la aplicación de
tecnologías de cogeneración para un
sostenido desarrollo integral energético.

4. San Miguel Industrial S.A.
Tiene 3 líneas de producción:
TEJIDOS: Telas Barrington, Fifty Fifty,
TEJIDOS
Cardif.
QUIMICOS: Sulfato de aluminio, azufres,
QUIMICOS
ácido sulfónico.
ENVASES PET: Preformas para botellas
PET
descartables, soplado de botellas, Coca
Cola, Inca Kola, Backus, Alicorp, etc.

6. Monitoreo de Energía
Gas Natural
Gas Natural
inicio

7. ¿Qué es el Monitoreo de Energía?
 Es un procedimiento que involucra un
seguimiento de los consumos de
energía de uno o varios usuarios.
 El monitoreo de energía es
incompleto si no se llevan
indicadores, consumos específicos o
ratios.

8. ¿Cómo se puede obtener un
indicador?
 Una forma es con el cálculo de los
consumos específicos (o ratios).
Consumo Energía
Específico =
Producción

9. El Monitoreo y Fijación de Metas
 Una técnica para disminuir los costos
asociados con el uso de la energía
es el Monitoreo y Fijación de Metas
(Benchmarking)
 Ha sido usada con éxito en muchas
empresas internacionales.

10. Etapas del Monitoreo y Fijación de
Metas
 Identificaciónde los usuarios de energía
que implica la revisión de la distribución de
energía (Mapa de procesos con I/O)
 Instalación de medidores.
 Instalación de un sistema de adquisición de
datos (manual/automático).
 Generación de reportes.
 Toma de acciones (mejoras).

11. Identificación de los usuarios
 Sedebe revisar cómo se distribuye la
energía a través de las plantas.

12. Medidores
 La confiabilidad de los medidores se
asegura con un programa de Control
Metrológico.
 El Control Metrológico consiste en la
revisión periódica de la Calibración de
las medidores y su contrastación.
 En la selección de los medidores
considerar la integración futura en red.

13. Medidores
 Medidores de
energía eléctrica.
 Medidores de flujo
tipo vortex.
 Medidoresde flujo
electromagnéticos.

14. Sistema de Adquisición de Datos
 Puede ser manual o automático.
 El sistema automático tiene menos
errores, ocupa menos al personal, la
medición es en tiempo real, etc.
Pero tiene un alto nivel de inversión.

15. Sistema de Adquisición de Datos
 En SMI contamos medidores digitales
con posibilidad de interconexión a
sistemas de lectura automática.

16. Generación de Reportes
 Para generar los reportes se requiere
tener un sistema de información, que
puede ir desde la utilización de una
simple hoja de cálculo hasta el uso de
bases de datos.
 La frecuencia de los reportes puede
ser diaria, semanal o mensual.

17. Análisis de resultados:
 Histogramas  Diagramas de
Dispersión o
Diseminación
RATIO DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO BAJA PRESIÓN 98 PSIG
40,000
0.1750
35,000
0.1650
30,000
40
RATIO. KWH/NM3
0.1550
AIRE: NM3/D
25,000
35
Ratio 34.3
0.1450 KWH/
30 29.9
Consumo Específico
20,000 NM3
26.7 26.9
0.1350
15,000
Aire
25 24.4 25.5
Baja
NM3
20.8
20.6
20.4 21.7
21.3
20.6
0.1250
20 19.6
19.2 19.4 19.6
19.2
10,000
17.3 17.7
17.6 17.7
15 14.5
0.1150 5,000
10
5
0.0 0 0.0 0.0
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Producción

18. ¿Cómo podemos conseguir los
ahorros de energía?
 Identificando las causas reales que generan
la variación en los consumos específicos.
 Llevando un control estadístico y aplicando
mejoramiento continuo.
 Se ha demostrado en casos prácticos que
existe un ahorro del 2 al 5 % tan solo por el
efecto que tiene la medición.

19. GAS
NATURAL

20. Instalación de Combustibles Líquidos
Calentamiento*
cisterna
Precalentamiento
para atomización* tanque
Calentamiento*
diario
bomba
Quemador
tanque
de petróleo
bomba almacenamiento
* Sólo petróleo residual

21. Instalación Típica de Gas Natural
Rm
Gas Natural
Rb Red de Gas
Medidor
Quemador
de Gas

22. Cargas consideradas
 Resumen de la situación actual:
actual
Tenemos 5 cargas de consumos de gas natural en
nuestra planta:
1. Caldera de vapor Cleaver de 400 BHP: 6 Tn
Vapor/H.
2. Caldera de vapor Equipos Térmicos de 60 BHP
de 900 Kg Vapor/H.
3. Caldera York de 20 BHP de 300 Kg Vapor/H.
4. Calentador de aceite térmico Konus de 1,163 KW
5. Calentador de agua caliente de 15 BHP.

23. Caldera Cleaver Brooks:
Caldera
pirotubular de 4
pasos.
400 BHP de
potencia
equivalente a 6
TN vapor/hora.

24. Caldera Cleaver
antes y después
de la instalación
del gas Natural
antes
después

25. Caldera
Cleaver
Brooks
400 BHP
Usando gas
natural
de Camisea

26. Caldera Equipos térmicos
Potencia 60 BHP
Tipo Pirotubular
De dos pasos
Capacidad máxima: 900 KG/H

27. antes
después

28. Desde el
15/Marzo/05
estamos usando
gas natural en
nuestra caldera de
Equipos Térmicos
60 BHP de Plantas
Químicas

29. Calentador de aceite térmico Bertrams
Konus
 Marca: BERTRAMS KONUS
POTENCIA: 1,163 KW
TEMPERATURA: 300°C
PRESION: 10 BAR

30. Caldera York
 Potencia: 20 BHP
 Fabricante: York
Factory
 Presión de diseño:
125 psi.

31. Calentador
de agua de
vestuarios
 Potencia: 15 BHP
 Fabricante:
Equipos Térmicos

32. REQUISITOS

33. REQUISITOS PARA SUMINISTRAR GAS
A LOS CLIENTES INDUSTRIALES
 REQUISITOS TECNICOS:
 1.- Ingeniería:
Ingeniería
 Plano de ubicación del predio con ubicación de
la red de tuberías y EMRP
 Isométrico con plantilla de cálculos, longitud de
tuberías, presiones de diseño, recorrido de
tuberías
 Planos mecánicos de la estación de EMRP con
lista de componentes, seguridades.
 Por cada punto de consumo, plano P&ID de la
ERS, detalles del tren de válvulas, seguridad,
tiempos, seteos de presión ,etc.
 Diseño de la protección catódica de tuberías .

34. REQUISITOS PARA SUMINISTRAR GAS
A LOS CLIENTES INDUSTRIALES
Procedimiento de soldadura y especificaciones de
las juntas soldadas.
Certificado de homologación de soldadores.
Consideraciones generales para el
dimensionamiento y selección de materiales y
equipos: carga térmica por equipo, consumo de
gas, máx. demanda, criterio de pérdida de carga.

35. REQUISITOS PARA SUMINISTRAR GAS
A LOS CLIENTES INDUSTRIALES
2. Construcción:
Comunicar la fecha de inicio de la construcción
de las instalaciones internas 5 días antes.
Certificados de cumplimiento con las normativas
Registro de inspección de las tuberías soldadas.
Certificados de pruebas de resistencia y
hermeticidad
Plano isométrico conforme a obra.
Registro de equipos.
Registro de parámetros del equipo empleado en
soldaduras.

36. REQUISITOS PARA SUMINISTRAR GAS
A LOS CLIENTES INDUSTRIALES
 3.- Seguridad:
Análisis de riesgo de las instalaciones
Procedimientos operacionales adecuados al
uso del GN.
Elaboración e implementación del Plan de
contingencias
Establecer un programa de mantenimiento
preventivo de las instalaciones.
Copia de los planos conforme a obra.

37. REQUISITOS PARA SUMINISTRAR GAS
A LOS CLIENTES INDUSTRIALES
 REGISTROS Y CERTIFICADOS:
Registros fotográficos antes y después
Certificados de calidad de materiales y equipos
 EMPRESAS CERTIFICADORAS
Tener reconocimientos y membresías
internacionales
Reconocimiento oficial: Indecopi, Digesa, etc.

38. Tiempo estimado de la implementación
de G.N (depende de los puntos de
consumo), para 5 puntos de usuarios:
• Estudio de ingeniería 3 semanas
• Instalación de tuberías 4 semanas
• Caseta estación de regulación, medición 3 semanas
• Entrada de GN Cálidda 2 semanas
• Instalación de quemadores 3 días
• Seguridad: estudios de riesgos, protección
catódica, y otros trámites 3 semanas
• Otros imprevistos: medidor, etc. 3 semanas
• Total: 4-5 meses máximo.
Algunos trabajos deben tramitarse y efectuarse en tiempos paralelos
con otras actividades, ejemplo, caseta, pedido de medidores, etc.

39. COSTOS Y
BENEFICIOS

40. BENEFICIOS DEL GAS NATURAL:
NATURAL
BENEFICIOS BENEFICIOS BENEFICIOS
ECONÓMICOS ENERGETICOS AMBIENTALES
Menor costos vs otros Reducción de Mayor facilidad para
combustibles consumos de energía el cumplimiento de
en auxiliares: normas ambientales
bombas, calentam.
Menores necesidades de Mayor estabilidad de Mejor imagen pública
supervisión los parámetros de la por la baja afectación
eficiencia. del medio ambiente.
Reducción de costos por Permite adoptar No hay corrosión
mantenimiento y nuevas tecnologías: ácida en superficies
reparación economizadores, metálicas y
cogeneración, etc. refractarios
Reducción de costos:
manejo, almacenamiento,
transporte combustible
No hay gastos de
tratamiento al combustible

41. Costos referenciales de la implementación: 5
puntos de consumo (150,000 SM3/MES)
US $ RI
1. Instalación de la red de GN+ diseño 43,000
+materiales+gastos de instalación
2. Suministro de quemadores 30,000
3. Canaletas y ductos 10,500
4. Loza base de ERM 3,500
5. Enrrejado, muros ERM 6,700
6. Medidor de GN Cantidad: 4 6,000
7. Abastecimiento de la red de Cálidda 10,000
8. Supervisión 1,100
TOTAL APROXIMADO: 110,000 6 meses
No significa que se debe dividir el costo total entre 5

42. Costos referenciales de la
implementación (quemadores a G.N.)
US $
Quemador de 400 BHP 15,000 20,000 CONVERSION ORIGINAL
CLEAVER
Quemador de 1,163 4,600
KW
Quemador de 60 BHP 4,000
Quemador de 20 BHP 1,900

43. Beneficio económico:
MES AHORRO
Abr-05 51%
May-05 52%
Jun-05 53%
Jul-05 54%
Ago-05 56%
Ahorro/US$/AÑO
53%

44. PRECIO DE LOS COMBUSTIBLES
16
14
12
10 D2
P6
8
R500
6 G.N.
4
2
0
D2: 15.29 US $/MMBTU
P6: 8.14 US $/MMBTU Ref. PetroPeru
R500 7.65 US $/MMBTU 10 Set 2,005
G.N.: 3.81 US $/MMBTU

45. ELEMENTOS DE
LA RED

46. CASETA PRINCIPAL DE
REGULACIÓN Y MEDICION
DE G.N.- EMRP.

47. ESTACION
PRINCIPAL DE
REGULACION Y
MEDICIÓN
E.M.R.P

48. ESTACION DE REGULACION
SECUNDARIA E.R.S.
Son un conjunto de Psalida: 200 mbar P entrada: 2 bar
aparatos y elementos
instalados con el
propósito de reducir y
regular
automáticamente la
presión de fluido
aguas abajo de la
Estación de regulación
y medición.

49. ESTACION
E.R.S.
La estación de regulación secundaria ERS contará con:
VALVULA DE BLOQUEO RAPIDO
FILTRO CON CARTUCHO DE 5 MICRONES
MEDIDOR DE GAS NATURAL.
REGULADORES DE PRESION
MANOMETRO
VALVULAS DE VENTEO MANUAL

50. E.R.S.
Válvula reguladora:
EQA tipo 217 Serie B2377
Orificio: 30.2 mm
Diámetro: 51 mm
P entrada: 2.5 a 2 bar
P salida: 0.15 bar
Caudal: 370 NM3/H

51. Válvula reguladora:
 Para elegir las válvulas reguladoras debe
considerarse: caudal máximo, mínimo y normal,
presión de entrada máxima y mínima, presión de
salida regulada y alcance del ajuste que se desea,
tamaño de las conexiones, obturador y asientos.
 No se admiten by- pass de regulación manual en
las áreas de regulación secundarias.

52. QUEMADOR
A GAS
NATURAL

53. Accesorios del quemador
Árbol de levas de encendido
Valv. Solenoide de gas
Programador Landis Controlador de presión

54. CIRCUITO DE COMBUSTIÓN
Servomotor
Gas
Natural Unión Flexible
F
Presostato
GN. Quemador
Filtro -Electrodo
ignición
-Sonda de
ionización
aire
Modulador Presostato Aire
Rejilla Ventilador aire Min.

55. Medidor de gas natural
 TIPO: TURBINA
 MARCA:
INSTROMET
 MODELO: G160
 Compensador de
presión y
temperatura
 Se recomienda
instalar a la entrada
un filtro de 5
micrones.

56. DATOS DE
FACTURACIÓN

57. CATEGORIAS DE LOS CONSUMIDORES
DE G.N.
CATEGORIA RANGO DE
CONSUMO (M3/MES)
A HASTA 300
B 301-17,500
C 17,501-300,000
D MAS DE 300,000
Categoría C: Consumo de R6 mayor a 4,500 gal/mes
Categoría D: Consumo de R6 mayor a 75,000 gal/mes

58. FACTURA DEL
GAS NATURAL
Precio Gas = costo gas boca de pozo + tarifa Transp + tarifa de
red distribucion + tarifa distr.otras redes
 Cálidda a través del medidor contabiliza
mensualmente el volumen consumido por la
planta en M3.
 Se aplica un factor de corrección de volumen a
condiciones estándar (S) aprox X 3= SM3. Es el
volumen facturado. S: 15°C, 14.7 PSIA
 El Poder calorífico superior del GN: 0.04044
GJ/SM3.

59. FACTURA (SIMULADA) DELGAS NATURAL
PRECIO DEL GAS EN BOCA DE POZO POR BTU EN DÓLARES S/. / GJ 5.5598
PODER CALORÍFICO SUPERIOR PROMEDIO PARA EL MES
FACTURADO GJ / m3 0.0404438
TARIFA POR DISTRIBUCIÓN POR DUCTOS EN RED PRINCIPAL
A ALTA PRESIÓN S/. / 1000 m3 23.4036
TARIFA POR TRANSPORTE POR DUCTOS EN RED PRINCIPAL S/. / 1000 m3 151.0839
MARGEN DE DISTRIBUCIÓN EN BAJA PRESIÓN PARA OTRAS
REDES S/. / 1000 m3 63.5868
MARGEN COMERCIAL PARA OTRAS REDES S/. / (m3 / Dia) 0.482400
CONSUMO MEDIO MENSUAL DEL EQUIPO EN M3 ESTANDAR Sm3 226,297.8
NÚMERO DE DÍAS DEL MES FACTURADO Días 31
HORAS TRABAJADAS AL MES
ENERGÍA CONSUMIDA GJ 9,152.34

60. FACTURA (SIMULADA) DEL GAS
NATURAL
FACTURACIÓN DE LA ENERGÍA
TÉRMICA DEL GAS NATURAL S/. 50,885.17
FACTURACIÓN POR LA
DISTRIBUCIÓN POR DUCTOS RED PR. S/. 5,296.18
FACTURACIÓN POR EL TRANSPORTE
POR DUCTOS RED PRINC. S/. 34,189.95
MARGEN DE DISTRIBUCION S/. 14,389.55
MARGEN COMERCIAL S/. 3,376.8
COSTO TOTAL MENSUAL SIN IGV S/. 108,137.6 US $ 33,273
S/. / US$ / MM
COSTO MEDIO POR ENERGÍA GJ 11.81 BTU 3.833
US
$/SM3 0.147 US$/GJ 3.635

61. = Energía por facturar x Precio del GN
Facturación del en boca de pozo:
Gas Natural 9,152.34*5.5598= 50,885.17 SOLES
= Volumen facturado x Tarifa de
Servicio Vía la Transporte via Red Principal (Res. 084)
Red Principal 226,297.8*151.0839/1000= 34,189.95 S/.
= Volumen facturado x Tarifa de
Distribucion via Red Principal (Res.
082) 226,297.8*23.4036/1000= 5,296.1 S/
= Volumen facturado x Tarifa Margen
Servicio Vía de Distribucion (Res. 097)
Otras Redes 226,297.8*63.58/1000= 14,389.55 S/
= Promedio dia de 6 meses x Tarifa
Margen Comercial
7,000*0.4824= 3,376.8 Soles

62. REFLEXION:
 PRECIO DEL GAS NATURAL:
 El reajuste de precio del suministro de gas natural tiene dos
modalidades: gas en boca de pozo y redes de transmisión en
alta y baja presión. En ambos casos se efectúa una vez al
año.
 El gas en boca de pozo se reajusta según la relación
contractual entre el Estado peruano y el operador de campo
del Lote 88, Camisea, que tiene en cuenta el precio del Fuel
Oil, de tres mercados: Costa del Golfo, Nueva York y
Rotterdam.

63. K = 0.50 Fon/Fo|1 + 0.25 Fon/Fo|2 + 0.25 Fon/Fo|3
1: Costo en el Golfo 2: Rotterdam 3: Nueva York
Fon 1,2,3,: media de 4 años x mes Residual 6
Fo 1,2,3,,: media de 10 años x mes Residual 6
El costo de las redes de distribución se reajustan de acuerdo a la
inflación americana.

64. RECOMENDACIONES

65. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 QUEMADOR-FACTOR DE CARGA:
Dependiendo de las necesidades de vapor en las
plantas a veces nuestra caldera debe trabajar en
determinados momentos en regimenes muy bajos.
Ejemplo para un caldero de 6 TN/H (nominal) y cargas
de (0.8 TN/H). Por tanto la compra del quemador a GN
debería considerar este factor o rango de trabajo del
quemador en el ejemplo de 8 a 1.

66. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 QUEMADOR DE GAS NATURAL Y POTENCIA
NOMINAL DE LA CALDERA: de acuerdo a la placa
CALDERA
tendremos la Potencia útil. En el dimensionamiento del
quemador se recomienda que debemos considerar un 20%
adicional como Potencia de entrada para el pedido del
quemador y cálculo de tuberías y reguladores.
400 BHP
16´738,000 BTU/H
500 BHP

67. RECOMENDACIONES Y
OBSERVACIONES :
RESONANCIA: La resonancia es la capacidad de
respuesta vibrátil a un estímulo. En caso del uso
de Gas natural puede haber resonancia al tener
gran demanda de caudal de gas al estar las
tuberías mal dimensionadas lo que genera
restricciones al paso del gas.
Para disminuir la resonancia considerar un buen
dimensionamiento:
 Válvula reguladora de caudal
 Tubería después de la reguladora hacia el
quemador
 Regular las presiones en mbar adecuadas a
las características del quemador

68. RECOMENDACIONES Y
OBSERVACIONES :
PARA CALCULOS (REFERENCIA):
NORMA TECNICA PERUANA NTP 111.010 PAG 20-21
Fórmula de Renouard.
Software gratuito Instawin: www.instawin.com
Considerar que la velocidad del gas natural debe
estar muy cerca de : 20 m/seg.

69. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 REGULACIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE
LOS GASES DE CHIMENEA:
Con el uso del analizador de gases debemos
conseguir valores de: 9.6% C02 CO <100 ppm, IB:
0%; O2 de 2 a 4%. Se pueden obtener valores de
20/10% o menores en exceso de aire.
La eficiencia de combustión puede llegar a ser
mayor de 90%
Revisar un buen ajuste en los valores mínimos de
carga que es donde es más crítica la regulación.

70. CALDERA CLEAVER BROOKS 400 BHP
Residual R500 GAS NATURAL Residual R500 GAS NATURAL
Carga mínima Carga mínima Carga Máxima Carga Máxima
O2 % 4.6 3.9 4.1 2.8
CO2% 12.4 9.5 12.8 10.1
CO ppm 10 0 17 0
SO2 ppm 349 1 431 0
NOX ppm 263 48 298 54
IB 3 0 5 0
T° gases 185 196.7 215 202
Eficiencia de
Comb.
81.8 91.1 80.3 91.6
22/07/2003
18/07/2005

71. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 ATRAPADOR DE HOLLIN EN LA CHIMENEA:
Si en el anterior esquema de producción de vapor
con Residual se tenía instalado un atrapador de
hollín, debemos retirarlo, porque puede crear una
distorsión en el tiro de los gases de la chimenea.

72. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 LIMPIEZA DE FILTROS DE LAS TUBERÍAS:
Después de la instalación de las tuberías y al
entrar en servicio la red de gas, debemos
considerar un mantenimiento preventivo de los
filtros de línea, porque se han detectado en otros
casos, muchos residuos de los trabajos en los
tubos y óxidos que deben retirarse para un
funcionamiento eficiente.

73. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 JUEGO DE VALVULAS SOLENOIDES Y
ELECTRODO SENSOR DE LLAMA: Considerar
su revisión preventiva, porque en algunos tipos de
modelos de quemadores y por las resonancias que
fueron superadas, han habido falsos contactos y
fallas intermitentes en la detección de la llama y en el
paquete de solenoides de gas.

74. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 REGULACION DE LA LONGITUD DE LA
REGULA
LLAMA:
Es necesario verificar la longitud de la llama dentro
del hogar. Considerar las curvas dadas por el
fabricante y medir la presión del hogar.
Un quemador bien seleccionado no debe tener una
longitud de llama que sobrepase el 80-90% de la
longitud total del hogar.

76. CONTROL DE TEMPERATURAS EN LA TAPA POSTERIOR

77. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 ESTACION PRIMARIA DE REDUCCIÓN Y
MEDICIÓN:
 Verificar el aislamiento eléctrico del tendido de
tuberías externas a la celda principal. Deben tener los
aisladores/arandelas en las bridas/pernos para aislarlos
ante posible conducción a la celda.
 Coordinar con Cálidda si la demanda de flujo fuera
mayor a la proyectada para la planta o se requiera subir
la presión de salida a valores entre 2 a 2.5 bar.

78. RECOMENDACIONES PRACTICAS Y
OBSERVACIONES :
 Para equipos de generación de vapor con alta
estabilidad en la presión de salida, se recomienda
quemadores con control modulante y que sean
controlados a través de una estrategia PID.
 Es importante considerar una buena disposición de
los conexionados del circuito eléctrico, evitando las
fases a tierra, solucionando las fallas o instalando
transformadores de aislamiento. Esto es más crítico
en quemadores de gas que usan sonda de
ionización para la detección de llama

79. Mejoras pendientes por realizar
turbuladores
Podría aumentar su capacidad entre un 5% a
10%
Economizadores: podría
conseguirse un aumento de
eficiencia del 3-4%

80. MUCHAS GRACIAS