Estudio de Confiabilidad Operacional a Bombas de Carga de Unidad de Coquificación Retadarda

Universidad Santa María
Escuela de Ingeniería Industrial

PDVSA Petropiar
Gerencia de Operaciones Downstream

CONFIABILIDAD OPERACIONAL A BOMBAS DE CARGA
UNIDAD DE COQUIFICACIÓN RETARDADA
PDVSA PETROPIAR
JOSE, ANZOÁTEGUI, VENEZUELA

Barcelona, Venezuela
Octubre 2010 Por: Juan Ladera, Víctor Romero

UNIVERSIDAD SANTA MARÍA PDVSA PETROPIAR
NÚCLEO ORIENTE GERENCIA DE OPERACIONES DOWNSTREAM
FACULTAD DE INGENIERÍA MEJORADOR DE CRUDO
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIDAD DE COQUIFICACIÓN RETARDADA
ÁREA 20 DCU

ESTUDIO DE CONFIABILIDAD OPERACIONAL A LAS BOMBAS
DE CARGA (12-P-001 A/B/C) DE LA UNIDAD DE
COQUIFICACIÓN RETARDADA, MEJORADOR DE CRUDO
PDVSA PETROPIAR, JOSE, EDO. ANZOÁTEGUI, VENEZUELA,
AÑO 2010

Autores:
Tutor: Ing. Mercedes Hernández Juan Ladera
Víctor Romero

Barcelona, Venezuela
Page  2 Octubre 2010

CONFIABILIDAD OPERACIONAL A LAS BOMBAS DE CARGA (12-P-001 A/B/C)
UNIDAD DE COQUIFICACIÓN RETARDADA, PDVSA-PETROPIAR.

CONTENIDO

 Planteamiento del problema

 Interrogantes de la investigación

 Objetivo general

 Objetivos específicos

 Descripción del proceso

 Marco metodológico

 Presentación y análisis de resultados

 Conclusiones y recomendaciones

 Planos y esquemas

 Contactos
Page  3


Localización de las Facilidades


N
MAR CARIBE

JOSE
PUERTO LA CRUZ
CARACAS
MEJORADOR
156 Km
42” / 20 “

PTO

65 Km
30” / 20 “
CERRO NEGRO

ZUATA HAMACA
MACHETE
(AYACUCHO)

Page  4


Mejorador de Crudo
Complejo
Petroquímico Jose
Anzoategui, Venezuela

N

Unidad deE
Coquificación
Retardada (DCU)

Page  5


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Cantidad de Fallas de Bombas de
Carga 12-P-001 A/B/C

70

60

Fallas 50
40

30 Fallas 12-P-001 A/B/C
20

10

0
2006 2007 2008 2009 2010 Total
Años

Page  6
Fuente: Superintendencia de Coquificación Retardada, PDVSA-Petropiar.



Producción afectada

Reducción de producción
en 50%
(95 MBSD)

Perdidas
económicas

4 MM$ / día de parada

Page  7



Producción Crudo Comercial (CCO)
real vs. plan
(Enero 2006-Enero 2010)
210

180

150

120
MBPD

90

60

30

0
ov

ov

ov

ov
e

e

e

e

e
l

l

l

l
p

p

p

p
ay

ay

ay

ay
ar

ar

ar

ar

ar
Ju

Ju

Ju

Ju
En

En

En

En

En
Se

Se

Se

Se
N

N

N

N
M

M

M

M

M
M

M

M

M
2006 2007 2008 2009 2010
Mes - Año

Mes - Año
Eventos de falla
en bombas de
carga de DCU
con impacto
Page  8 relevante en CCO
Fuente: Gerencia de Operaciones, PDVSA-Petropiar.



Perdida de Oportunidades Mejorador
(Impacto 12-P-001 A/B/C DCU)

800
8%
700

600

500
DCU
MM$

400 9%
Total
300 16%
13%
200
3%
100

0
2006 2007 2008 2009 2010
Años

Page  9



Perdida de Oportunidades DCU
(bombas de carga 12-P-001 A/B/C)

MM$ 60 100 $/Bbl

50
80
40

30 60
PO DCU
20 $/Bbl
40
10

0 20
2006 2007 2008 2009 2010

Años

Page  10


Interrogantes de la Objetivo general
investigación

Investigación

Objetivos
específicos

Page  11


Interrogantes de la investigación
 ¿Cuál es la situación actual de la confiabilidad operacional de las bombas de carga
12-P-001 A/B/C de la unidad de Coquificación Retardada del mejorador de crudo
PDVSA Petropiar?

 ¿Cuáles son las causas que inciden en la confiabilidad operacional de las bombas
de cargas 12-P-001 A/B/C del DCU?.

 ¿Cuáles son las consecuencias de la deficiencia de las bombas de cargas 12-P-001
A/B/C de la unidad de Coquificación Retardada?

 ¿De qué manera se podrá establecer mejoras para la confiabilidad operacional de
las bombas de cargas 12-P-001 A/B/C de la unidad 12?

 ¿Qué beneficios traerá la formulación de estrategias para mejorar la confiabilidad
operacional de las bombas de cargas 12-P-001 A/B/C de la unidad de Coquificación
Retardada del mejorador de crudo PDVSA Petropiar?

Page  12


Objetivo General

Elaborar un estudio de confiabilidad operacional a
las bombas de carga (12-P-001 A/B/C) de la
unidad de Coquificación Retardada, mejorador de
crudo PDVSA Petropiar, Jose, Edo. Anzoátegui,
2010.

Page  13


Objetivos específicos
 Diagnosticar la situación actual de la confiabilidad operacional a las bombas de
carga (12-P-001 A/B/C) de la unidad de Coquificación Retardada, mejorador de
crudo PDVSA Petropiar, con el objeto de conocer el desempeño del sistema desde
un enfoque de mantenibilidad y operatividad.

 Identificar las causas que inciden en la confiabilidad operacional de las bombas de
crudo PDVSA Petropiar, a fin de establecer las acciones correctivas necesarias.

 Formular estrategias para mejorar la confiabilidad operacional de las bombas de
crudo PDVSA Petropiar, con el fin de establecer un proceso de mejoramiento
continuo que permita lograr altos niveles de productividad.

Page  14


CONFIABILIDAD
OPERACIONAL
Gestión de
mantenimiento

Contexto
Operacional

Límites de
diseño

Tegnolo
gía

Page  15


CONFIABILIDAD
OPERACIONAL

PROCESOS

MANTENIMIENTO
VARIABLES / DATOS OPERACIONES
RRHH

HERRAMIENTAS
METODOLOGÍA
DE ANÁLISIS ANALISIS DE INDICADORES DE DIAGNÓSTICO

TOMA DE DECISIONES MEJORAMIENTO
CONTINUO

CONTINUIDAD OPERACIONAL

Page  16


DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Page  17


DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

NAFTA DILUENTE

LVGO
ALMAC Y
DESPACH

PATIO DE CCO
UNIDAD HVGO
CAMPO TANQUES UNIDAD
DE
HAMACA HIDROPR
CRUDO CCO
DCO OFFSITES GAS A
CRUDO SERVIC NAFTA
+
NAFTA
MVGO
RESIDUO H2
VACIO UNIDAD
PLANTA DE GAS
DE GAS HIDROG NATURAL
GAS DE COLA GAS
AL
INCINERADOR Y
NAFTA
LCGO

AGUA GRIA UNIDAD AGUA DESP UNIDAD
DE 60% COQUIF
AMINA RICA AZUFRE AMINA POBRE RETARD HCGO

VAPOR
UNIDAD
AGUA ENFRIM DE
AZUFRE
SERVIC
AIRE INST

40%
AL MANEJO
COQUE
PUERTO DE
DE SÓLIDOS
 18
Page SÓLIDOS AZUFRE COQUE


DIAGRAMA DCU (SIMPLIFICADO)

BOMBAS DE Esquema para un tren
Page  19
CARGA


BOMBAS DE CARGA DCU

COLUMNA
FRACCIONADOR
A

12-C-001

BOMBAS DE CARGA
12-HV-176

VALVULA
AL TREN 1
12-HV-175
12-P-001 A

12-P-001 B AL TREN 2

12-HV-177

12-P-001 C

Page  20


MARCO METODOLÓGICO - PROCEDIMIENTO

• Mantenibilidad (análisis de criticidad).
• Operatividad (análisis de criticidad).
DIAGNÓSTICO • Confiabilidad (modelo prob. weibull).

• Frecuencia de fallas (análisis de pareto).
• Riesgo (matriz de riesgo).
IDENTIFICACIÓN
DE CAUSAS • Causa-raíz (análisis causa-raíz).

• Raíces latentes (criterio multidisciplinario).
FORMULACIÓN
DE ESTRATEGÍAS

Page  21


RESULTADOS - DIAGNÓSTICO
MATRIZ DE CRITICIDAD

Page  22



MATRIZ DE CRITICIDAD

Page  23



EVALUACIÓN DE CRITICIDAD BOMBAS 12-P-001 A/B/C

Page  24



Criticidad de Bombas de Carga
12-P-001 A/B/C

90

80 73,8
70
% de criticidad

60

50
Criticidad del sistema
40

30 Limite de criticidad

20

10

0
1

Page  25


RESULTADOS - CAUSAS

Tiempo entre fallas ( TEF)

Page  26


RESULTADOS - CAUSAS
Confiabilidad de Bombas de Carga
12-P-001 A/B/C

Page  27


Frecuencia Acumulada de Fallas de
Bombas de Carga
12-P-001 A/B/C

Page  28


RESULTADOS - CAUSAS
Tasa de Fallas de Bombas de Carga
12-P-001 A/B/C

Page  29


RESULTADOS - CAUSAS

“CURVA DE LA BAÑERA”

h ( t ) = Tasa de fallas en función del TEF

h(t)
Fallas “infantiles”
Fallas por deterioro o desgaste
Fallas constantes

t

Page  30



Parámetro Bomba A Bomba B Bomba C

β 1,8 1,18 1,19

η(h) 1.900 2.000 1.800

β > 1 → Zona de desgaste

η (h) Tiempo de probabilidad de fallar de 63,2%
Estándar PDVSA 3.500h-4.000h

TMEF(h) Estándar PDVSA 2.600-3.000

Page  31


Confiabilidad del Sistema de
Bombas de Carga
12-P-001 A/B/C

Page  32


RESULTADOS - CAUSAS
Frecuencia de Fallas de Bombas de
Carga 12-P-001 A/B/C

Page  33


RESULTADOS - CAUSAS
Diagrama de Pareto
Bombas de Carga 12-P-001 A/B/C

20 100

80
15

60
Cantidad de falla

10

40

5
20

0 0

Cantidad de falla

Frecuencia acumulada
Componente en falla

Page  34


RESULTADOS - CAUSAS

Sellos mecánicos

Rodamientos

Plan API 52

Page  35


RESULTADOS - CAUSAS

IMPACTO FRECUENCIA RIESGO

Page  36


RESULTADOS - CAUSAS
Guía de Impacto

Page  37


RESULTADOS - CAUSAS
Clasificación del Impacto

Page  38


RESULTADOS - CAUSAS

Clasificación de la Frecuencia

Page  39


RESULTADOS - CAUSAS
Matriz de Riesgo
Evento: falla de sellos mecánicos

Nivel de riesgo

Page  40


RESULTADOS - CAUSAS
Matriz de Riesgo
Evento: falla de rodamientos

Nivel de riesgo

Page  41


RESULTADOS - CAUSAS
Matriz de Riesgo
Evento: falla de plan API 52

Nivel de riesgo

Page  42


RESULTADOS - CAUSAS

Eventos de falla en bombas de carga
12-P-001 A/B/C por nivel de riesgo

Page  43


Análisis Causa-Raíz
RESULTADOS - CAUSAS árbol lógico

Pérdida total o parcial del flujo de
descarga de la bombas
12-P-001 A/B/C

Falla en Falla en Falla de
Falla de plan Falla de Falla en Falla de plan Falla en Falla de Falla de
sellos colador de MCC / motor
API 32 impulsor rodamientos API 52 carcasa acople / eje oil mist
mecánicos succión /instrument.

Alto nivel / presión pote de
sello o fuga al ambiente
(fuga sello primario /
secundario)

Erosión Corrosión Fatiga Sobrecarga Hipótesis

Page  44



Hipótesis total o parcial del flujo de
Pérdida Argumentos Validación
12-P-001 A/B/C
-Sin perforaciones, ni perdida de material, en
el asiento, ni en las caras de contacto.
Falla en
Erosión Falla en Falla de
Falla de plan Falla de
sellos
Falla en -Sin
Falla de plan Falla en
contaminación del fluido de los planes / motor
colador de MCC
Falla de Falla de
mecánicos API 32 y 52.
succión /instrument.

sello o fuga al ambiente -Sin corrosión en las caras metálicas por
Falla en sellos
(fuga sello primario / ataque químico.
secundario)
mecánicos Corrosión
-Sin degradación química del sello
secundario.
Alta presión
Erosión Corrosión Fatiga
Alto nivel en potes de
Sobrecarga Hipótesis
sello -Fractura por contacto físico en las caras de
Fuga al medio ambiente contacto entre el asiento y anillo primario por
excesiva vibración.
Fuga de sello
primario/secundario Fatiga -Deformación del sello secundario (fuelle
elastomérico).

-Asiento distorsionado mecánicamente con
presencia de dos grandes zonas de contacto.

-Caras del sello sin grietas radiales ni
ampollamiento por calor.
Sobrecarga
Page  45 -Sin grietas, fragilización o endurecimiento de
elastómeros, o’ring.



12-P-001 A/B/C


secundario)

Alta
vibración

Debalanceo Desalineac. Resonancia
Raíces
Físicas

Page  46



Hipótesis 12-P-001 A/B/C Argumentos Validación

-Sin variaciones en las dimensiones de los
Falla de plan Falla de
sellos
Falla en componentescolador bomba
Falla de plan de la de (diámetro del impulsor, / motor
Falla en
MCC
Falla de Falla de
API 32 impulsor rodamientos API 52 otros).
entre carcasa acople / eje oil mist

Desbalanceo -Sin reportes de vibración con valores picos
sello o fuga al ambiente significativos de frecuencia de 1xRPM en planos
radial y axial que indiquen la existencia de un
secundario)
desbalanceo del equipo.

Erosión Alta
Corrosión vibración
Fatiga Sobrecarga Hipótesis
-Se aprecio en reportes de vibración valores con
picos de frecuencia 1x y 2xRPM principalmente en
Desalineación el plano axial característica principal que indica la
Alta
existencia de desalineación (paralela, angular o
vibración mixta) del equipo.

Raíces
-Sin reportes de valores de vibración con
frecuencias del sistema igual o cercano a los valores
Físicas
de frecuencia natural del equipo, condición que
Resonancia indicaría un estado de resonancia del sistema.

-Sin reportes de inspección de vibración con
espectros de altos picos de amplitud .

Page  47



12-P-001 A/B/C


secundario)

Alta
vibración

Raíces
Físicas
Conjunto Soporte de
Caras del Condiciones
Fundación motor, tuberías,
sello con eje de operación
inadecuada bomba bomba,
mal alineado inadecuadas
desalineado inadecuado

Page  48



Hipótesis total o parcial del flujo de
Pérdida Argumentos Validación
-Sin deficiencias en las fundaciones de las
12-P-001 A/B/C
Fundación bombas, ni presencia de resquebraduras, o
inadecuada signos de una débil compactación del terreno o
desplazamiento del mismo.
-La soportería dispone de elementos
adecuados en cuanto a ubicación, tipos de
Alto nivel / presión pote de Soporte de
sello o fuga al ambiente soportes, rigidez y fijación adecuada.
tubería bomba
secundario) motor
-Pernos en buen estado, fijos y ajustados.
inadecuado
-Suplementos (lainas) correctamente
colocadas.
Erosión Desalineación
Corrosión Fatiga Sobrecarga Hipótesis
Conjunto -Inspecciones por expertos (Flowserver)
motor, bomba evidenciaron incorrecta alineación del conjunto
Alta
vibración
desalineado motor bomba.

-Personal técnico de John Crane determinó
Debalanceo Desalineac.
Caras del sello
Resonancia
Raíces
procedimiento incorrecto del montaje de sellos
con el eje mal
alineado
planta.
Físicas
mecánicos por el personal de mantenimiento de

Conjunto Soporte de
inadecuada bomba Condiciones de
bomba, -Se observó estabilidad en las variables
operación operacionales de flujo, presión, temperatura y
inadecuadas nivel, asociadas al sistema.
Page  49


12-P-001 A/B/C


secundario)

Erosión Corrosión Fatiga Sobrecarga
Hipótesis
Alta
vibración

Debalanceo Desalineac. Resonancia Raíces

Conjunto Soporte de
Físicas
inadecuada bomba bomba,

Mal
montaje
Raíz Humana

Falta de
 50
Pagesupervisión
Falta de
entrenamiento
Procedimient
inadecuad
Herramientas
inadecuadas Raíces Latentes


RESULTADOS - CAUSAS

Raíz Recomendaciones ACR Responsables

-Seguimiento y control de las actividades de mantenimiento Spt. Coquificación
(correctivas, preventivas y predictivas) por supervisión media y alta de Retardada.
operaciones y de mantenimiento. Spt. Mantto
Falta de supervisión
-Vigilancia en el cumplimiento de los procedimientos operacionales y Spt. Planificación
de mantenimiento. Mantto.

-Adiestramiento al personal mantenimiento programas teórico-práctico
con personal de los vendor. Gerencia Mantto.
Falta de
adiestramiento -Certificación periódicas de competencias adquiridas en los Gerencia RRHH.
entrenamientos antes mencionados con un tercero
Raíces latente
-Revisión periódica, actualización y divulgación de los procedimientos
asociados a las actividades de mantenimiento, alineación y balanceo,
Spt. Coquificación
cambio de sellos mecánicos, reemplazo de rodamientos, prueba de
Procedimientos Retardada.
equipos.
inadecuado
Spt. Mantto de Planta.
-Seguimiento y control de cambios de diseño y/o condiciones de
operación.

-Cumplimiento de los procedimientos de uso y mantenimiento del
equipo analizador CSI, herramientas y accesorios utilizados para la
alineación y balanceo. Gerencia Mantto.
Herramientas
inadecuadas -Cumplimiento de los planes de calibración y actualización de Spt. Mantto de Planta.
software/hardware del equipo analizador para alineación y balanceo CSI
Page  51 con el proveedor.


RESULTADOS - ESTRATEGÍAS

Page  52



Page  53



Page  54



Page  55


Supervisar las
actividades y
RESULTADOS - ESTRATEGÍAS Procedimentar procesos
actividades de asociados a las
mantenimient bombas de
o y maniobras carga 12-P-001,
operacionales planificando el
de las bombas trabajo y uso de VISIÓN:
Manejar los de carga del recursos,
Personal: 33 personas
(mantenimiento,
equipos y DCU, tomando ALTOS NIVELES DE
herramientas actualizar decisiones
operaciones) Entrenar a
con buenas acertadas, PRODUCTIVIDAD DE
técnicos de procedimiento
Inversión estimada: mantenimient prácticas de s según promoviendo el PDVSA PETROPIAR
oy uso y manejo del desarrollo de
20 MMBs
operaciones conservación, cambio personal y
del DCU en calibrar (instalación y evaluando el
Departamentos:
conocimiento periódicament proceso), logro de
Mantenimiento,
s técnicos, e y preservar garantizar objetivos
Operaciones,
habilidades de su estado publicación y
Ingeniería
comunicación óptimo de divulgación
y manejo de funcionamient
sistemas de o
información

CONFIABILIDAD BOMBAS DE
CARGA 12-P-001 A/B/C

R(t)
Entrenar Manejar Procedimentar Supervisar

Tiempo (hrs)

MEDIOS - FORTALEZAS
MISIÓN:
RECURSOS
POLITICAS COMPROMISO INCREMENTAR LA
Humanos,
Normas, Gerencial y de
intangibles
procedimiento todos los
CONFIABILIDAD DE
materiales, 12-P-001 A/B/C
s involucrados
financieros
Page  56


CONCLUSIONES

El análisis de criticidad del sistema mencionado arrojo un estatus de “crítico” con un valor
del 73,8%.

Las bombas 12-P-001A/B/C presentaron un desempeño inferior al esperado en cuanto a
confiabilidad y tasa de fallas en el periodo estudiado.

Los sellos mecánicos representaron el modo de falla de mayor frecuencia y de mayor
impacto, incidiendo negativamente sobre la confiabilidad operacional de las bombas 12-P-
001A/B/C en el lapso de tiempo evaluado.

La incorrecta instalación de los sellos mecánicos y alineación del conjunto motor-bomba
resulto ser la raíz humana causante de la pérdida total o parcial de la función de las bombas
12-P-001A/B/C.

Como causas latentes de la falla funcional de las bombas 12-P-001A/B/C se encontraron los
siguientes aspectos: deficiencias en la supervisión y en el adiestramiento del personal,
procedimientos y equipos-herramientas inadecuados.

Se formularon cuatro estrategias orientadas a subsanar las raíces
latentes encontradas, el ámbito de las mismas son: supervisión, adiestramiento,
Page  57
procedimientos, equipos y herramientas.


RECOMENDACIONES

Elaborar un plan para la implementación y el desarrollo de las estrategias propuestas en cada
aspecto evaluado (adiestramiento, supervisión, procedimientos, equipos y herramientas).

Realizar un análisis causa-raíz al modo de falla de los rodamientos de las bombas de carga
12-P-001A/B/C.

Realizar un análisis causa-raíz al modo de falla de plan API 52 de las bombas de carga 12-P-
001A/B/C.

Implementar un programa de mantenimiento centrado en la confiabilidad para los equipos de
la unidad de coquificación retardada.

Asignar igualdad de prioridad de ejecución las órdenes de trabajo proactivas como a las
reactivas.

Page  58

PLANOS Y ESQUEMAS: Esquema general de bomba centrifuga

BOMBA DE CENTRIFUGA

1. Succión
2. Impulsor
3. Descarga
4. Cubierta posterior de carcaza
5. Eje
6. Sello (elemento de sellado)
9 7. Cubierta posterior del sello,
prensa-estopa
10
8. Cojinetes
9. Caja de cojinetes
10.Carcaza

Page  59

PLANOS Y ESQUEMAS: Plano mecánico Bomba 12-P-001 A/B/C

Page  60

PLANOS Y ESQUEMAS: Plano de arreglo e instalación Bomba 12-P-001 A/B/C

Page  61

PLANOS Y ESQUEMAS: P&ID Bomba 12-P-001 A/B/C

Page  62

PLANOS Y ESQUEMAS: P&ID Plan API 32 y 52 en Bomba 12-P-001 A/B/C

Page  63

PLANOS Y ESQUEMAS: Plano sello mecánico lado acople (Bomba 12-P-001 A/B/C)

Page  64

PLANOS Y ESQUEMAS: Plano sello mecánico lado libre (Bomba 12-P-001 A/B/C)

Page  65


CONTACTO

Victor Romero
vjromero@gmail.com

Juan Ladera
juanladera@gmail.com

Page  66

Estudio de Confiabilidad Operacional a Bombas de Carga de Unidad de Coquificación Retadarda

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