Asociación Técnica de la Celulosa y el PapelGamma

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Gamma Scan. El uso de esta técnica nuclear
permite realizar una evaluación preventiva en
función de no afectar el medio ambiente

Introducción

Uno de los grandes problemas durante las paradas de planta en la industria de la celulosa es la apertura de equipos que pueden generar contaminación y malos olores para el entorno, afectando la calidad de vida de las comunidades aledañas. En este ámbito se encuentran las columnas de depuración. En cualquier industria productiva, es imperioso mantener los equipos en operación la mayor cantidad de tiempo posible y en las mejores condiciones, y las columnas de depuración no escapan a ello. La aplicación de tecnologías nucleares como el Gamma Scan en este tipo de equipos permite evaluar el perfil de densidades del comportamiento fluidodinámico de la columna , pudiendo, a través de este perfil, inferir el estado de internos de la columna, como bandejas, chimeneas, rellenos, demister pads, etc., sin detener la operación la misma, lo que permite planificar los recursos necesarios para una próxima detención y definir si es necesario detener y abrir esta columna o mantenerla operando aplicando algunos cambios operacionales, generando ahorros y alargando el tiempo de operación de la columna.

Objetivos del estudio

En este caso, el principal objetivo fue estudiar el estado actual de las columnas para tomar la decisión de realizar o no realizar mantención en ellas para la próxima parada de planta, y así contar con los recursos necesarios (repuestos y rrhh) con anticipación, ya que no se inspeccionaban hace bastante tiempo utilizando la técnica de Gamma Scan.

El perfilaje gamma o “Gamma Scan”, permite evaluar el comportamiento fluidodinámico-operativo del sistema al interior de la torre, con lo que es posible inferir el estado de los internos como bandejas, demisters, rellenos u otras estructuras. A través del análisis de estos factores, se pueden identificar los motivos por los cuales la columna puede presentar problemas operativos degenerantes como inundación, presencia de espuma, lluvia, arrastre, etc. En esta ocasión, se realizó este estudio a 5 columnas de depuración de la planta, tres Stripper y 2 columnas de Metanol.

Fig.1. Columna de fraccionamiento
Fig.1. Columna de fraccionamiento

Configuración (Simple) de Columnas
Depuración: Stripper TRS y Metanol 

Fig.2. Configuración (simple) del sistema de depuración
Fig.2. Configuración (simple) del sistema de depuración

Antecedentes

El Licor negro que se obtiene del proceso de cocción y lavado de la pulpa, típicamente contiene un 13 a 15% de Sólidos secos, para que este licor esté apto para ser quemado en las Calderas recuperadoras es necesario aumentar su concentración hasta 70% o más.

Este proceso de concentración del licor negro se lleva a cabo en la planta evaporadora; en esta área el licor negro se concentra por evaporación de gran parte de su contenido de agua; esta agua evaporada va condensando en distintos niveles generando típicamente 3 tipos de condensados: Condensado A, B y C.

El condensado A y el condensado B tienen usos directos como reemplazo de agua caliente en los procesos de lavado y caustificación; sin embargo el condensado C por su alto contenido de sustancias mal olientes y Metanol, no puede ser utilizado directamente en otros procesos, por estas mismas características tampoco puede ser enviado al efluente porque aumenta la DQO del mismo además de su potencial de generar eventos de emanaciones de olores molestos. Debido a lo anterior, es necesario someterlo a un proceso de depuración.

El proceso comúnmente utilizado para depurar el condensado C (o condensado sucio) es mediante columnas Stripping, que son instaladas como un apéndice de las plantas evaporadoras.

La configuración típica consiste en una columna Stripping en donde se alimenta el condensado C por el tope y se obtiene condensado depurado (Tipo A) por el fondo, los vahos que salen del tope de la columna pasan por un condensador que retira gran cantidad del vapor de agua contenida en ella y los vahos resultantes son alimentados al fondo de una segunda columna cuyo objetivo es separar el agua restante del Metanol, por el fondo de esta columna se obtiene condensado tipo C y por el tope salen vahos ricos en Metanol, los que son condensados y enviados a un estanque de almacenamiento para su posterior uso como combustible en el hornos de Cal, Calderas o incineradores dedicados. 

Metodología empleada

El perfilaje gamma o “Gamma Scan”, es una poderosa herramienta de diagnóstico nuclear que hace uso de la propiedad que tiene la radiación gamma de alta energía de atravesar estructuras permitiendo “ver” en su interior el desplazamiento de materiales, sin detener la operación de la columna.

Permite evaluar el comportamiento fluidodinámico-operativo del sistema al interior de la torre, con lo que es posible inferir el estado de los internos como bandejas, demisters, rellenos u otras estructuras. A través del análisis de estos factores, se pueden definir los motivos por los cuales la columna puede presentar problemas operativos degenerantes como inundación, presencia de espuma, lluvia, arrastre, etc.

Con la información que el Gamma Scan entrega, es posible determinar los motivos por los que la columna puede estar operando de manera deficiente y poder definir si es un tema operativo o mecánico y así optimizar tiempo y recursos. Por ejemplo, si el Gamma Scan indica que existen bandejas dañadas, el operador puede determinar cuándo es necesario detener la columna para reparaciones, sin necesidad de abrirla. Así, la columna se mantiene operando mientras se adquieren los repuestos, partes y piezas necesarias para esa detención planificada con anterioridad.

Esta técnica consiste en el desplazamiento de una fuente de radiación gamma y un detector apropiado por lados opuestos de una columna de destilación, reactor u otro tipo de estructura de modo de registrar la cantidad de radiación gamma que es capaz de atravesarla. Esa cantidad de radiación es inversamente proporcional a la densidad y cantidad de material que se ha interpuesto en su camino, obteniéndose finalmente un perfil de densidad de la columna que es empleado para evaluar tanto el estado de los internos de la columna como sus condiciones de operación. 

Fig.3. Perfiles patrones de un estudio de Gamma Scan
Fig.3. Perfiles patrones de un estudio de Gamma Scan

La técnica permite determinar:

  • Posición de los internos n Bandejas normales o dañadas
  • Mala distribución en rellenos
  • Desmoronamiento de rellenos
  • Inundación, Arrastre, Lluvia o Espuma
  • Problemas con nivel de fondo
  • Problemas con temperatura n Diferencias entre condiciones operacionales 

Resultados

Como resultado, fue posible planificar con anticipación la apertura de las columnas en una parada de planta con repuestos y recursos disponibles ya en el lugar de trabajo, con el consecuente ahorro de tiempo, producción y dinero. Se muestran algunos resultados de los estudios realizados.

Ejemplo de Inundación por Restricción en Downcomer: Torre Stripper TRS, Celulosa

Fig.4. Inundación de tope columna Stripper 1
Fig.4. Inundación de tope columna Stripper 1

Se verificó que una de las columnas (Stripper, Fig. 4) se mantenía operando con el tope con 4 metros de inundación, lo que claramente afectaba su buen funcionamiento. 

Fig.5. Columna de Metanol con Bandejas caídas.
Fig.5. Columna de Metanol con Bandejas caídas.
Fig.6. Columna Stripper 2, bandejas caídas.
Fig.6. Columna Stripper 2, bandejas caídas.

Tanto la columna de Metanol (Fig.5) como una Columna Stripper de otra de las líneas de producción (Fig.6), se encontraban con varias de sus bandejas colapsadas, situación que explicaba bastantes problemas operativos aguas abajo, como el aumento de ingreso de otros componentes para obtener las concentraciones necesarias de metanol a la salida de la columna. 

Conclusiones

La continuidad operativa del proceso de depuración incide directamente en la continuidad operativa de la planta evaporadora y por consiguiente de la planta de celulosa completa, dado que si no se puede depurar el condensado entonces no puede ser consumido en otras áreas y tampoco puede ser descartado al efluente por el impacto ambiental que ello significa; por lo que habría que detener el proceso que lo genera, es decir, la misma planta evaporadora.

Por lo anterior es muy útil realizar auditorias periódicas al funcionamiento y estado interno de estos equipos con tecnologías avanzadas y que permitan la confiabilidad y continuidad operacional. Si esto puede hacerse con los equipos en servicio, se pueden definir los requerimientos de mantención con anterioridad a la Parada de planta, lo que es muy beneficioso en la panificación de los recursos técnicos y de repuestos de tal manera de asegurar una mantención efectiva y que de confiabilidad a las operaciones.

El Gamma Scan responde a este tipo de tecnologías con una capacidad única: “ver” al interior de la columna, sin detener su operación, lo que permite tomar decisiones críticas en el menor tiempo posible.

Si bien el uso más conocido del Gamma Column Scan es en columnas de fraccionamiento de petróleo, su aplicación en plantas de Celulosa, especialmente en el área de evaporadores en las torres de depuración, se ha convertido en una herramienta muy importante para la programación de las detenciones de planta, mejorando la asignación de recursos, aplicándose incluso a evaporadores tipo Thin Film, mejorando la eficiencia global de la planta.

Referencias:

1 ISTRA: International Society for Tracer and Radiation Applications https://istra-society.org/official-trainers-examiners.html
2 IAEA: International Atomic Energy Agency https://www.iaea.org/

Autor: Mauricio Vernal L.
Ingeniero/Operador Nivel 3 – ISTRA
Experto Internacional para IAEA
MSc Ingeniería Industrial (C)
Ingeniero Químico
CEO
SI3 Ingeniería SpA www.si3.cl
Correo: mvernal@si3.cl 

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