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TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS
CLASE 1.- CONTENIDO
• Cantidad y calidad del gas natural y líquidos
• Transferencia de custodia
• Medición de gas natural
Santa Cruz de la Sierra – Bolivia
NOVIEMBRE - 2012
Roman Mayorga
La medición cromatográfica permite el conocimiento de la composición de una muestra líquida o gaseosa. La cromatografía en línea abarca un amplio espectro de aplicaciones agrupadas fundamentalmente en:
Medición
Control de Procesos NGL/LPG
Introducción
CROMATOGRAFIA DE GASES
PLANTA DE PROCESOS
Tratamiento
de agua
Gasoducto SLUG
CATCHER
GAS
Sistema de
Deshidratación
con glicol
Piscina
API Água disponible o
para reinyección
PLANTA
DE AMINA
AREA DE
SEPARACION
Cribas
Moleculares
Planta
Criogénica
Sistema de
Compresión
Planta
Dewpoint
Pozo de Reinyección
de Agua
Camiones
cisterna
Almacenamiento
de GLP
Torre de
estabilización Almacenamiento
de condensado
Reinyección
de Gas GASOLINA NATURAL
CONDENSADO
GLP
Colector
Bulo Bulo
Colector
Carrasco
Pozos
Bulo Bulo
Pozos
Carrasco
Planta de Tratamiento de Criogenica
Cromatografía en Línea
Medición de Calidad de Gas C6Plus
BTU - C9 Plus y Dew Point
BTU - C6 Plus with H2S
Control de procesos en LPG y NGL
CROMATOGRAFIA DE GASES
DEW POINT
El punto de rocío de hidrocarburos
es la temperatura (en un momento
dado la presión ) en el que el
hidrocarburo componentes de
cualquier mezcla de hidrocarburos
rico en gas, como gas natural ,
comenzará a condensarse fuera de
la fase gaseosa.
A través de la cromatografía se puede conocer la composición de una muestra. A través de la composición se pueden determinar diferentes propiedades de la misma. En medición de hidrocarburos es importante conocer, propiedades tales como el Poder Calorífico, la densidad, el factor de compresibilidad, las concentraciones molares de cada uno de los componentes, etc.
Medición
CROMATOGRAFIA DE GASES
Las composiciones molares perimten conocer el factor de compresibilidad y por norma AGA 8 el factor de supercompresivilidad. El factor Z se utiliza para la corrección del Volúmen STD computado por AGA 3 o AGA 7, para aplicaciones de medición por placa orificio, turbina o ultrasonido.
b
fSup
Z
ZZ QZQ
8 AGACorr.
Medición de Gas
CROMATOGRAFIA DE GASES
El Poder Calorífico parcial de cada uno de los componentes permite obtener el poder calorífico total de la muestra, y mediante AGA 5 se computa la energía a condiciones de proceso. Del mismo modo se pueden obtener otras variables tales como la densidad a 1 Atm y 15 ºC
Analizadorc
GPAPCal
i
i
%
2145
n
1i
ii3PCal%c
m
KCalPCal
Medición de Gas
CROMATOGRAFIA DE GASES
El poder calorífico permite determinar el volúmen enrgético a 9300 Kcal/m3.
3
3
3
STD3
m
KCal@9300
m
KCal9300
m
KCalPCalmV
mV3
Medición de Gas
3
3
3
3
m
KCal9300
m
KCal50m8.000.000
m43.010
Un error de 50 Kcal que representa un error de 0.5% en 9000KCal/m3 produce un error en caudal de 43.000m3 en 8000Km3
CROMATOGRAFIA DE GASES
Conclusión CROMATOGRAFIA DE GASES
La cromatografía actual se basa en la separación de
componentes livianos de pesados por la diferencia
en el tiempo de tránsito de cada uno de ellos.
Resulta válido hacer una analogía como la
de la gráfica.
Principio de funcionamiento de la cromatografía gaseosa
CROMATOGRAFIA DE GASES
Los componentes livianos tendrán el menor tiempo
de tránsito
Principio de funcionamiento de la cromatografía gaseosa
CROMATOGRAFIA DE GASES
Los componentes medianos tendrán un tiempo de
tránsito intermedio
Principio de funcionamiento de la cromatografía gaseosa
CROMATOGRAFIA DE GASES
Los componentes pesados poseen el mayor tiempo
de tránsito
Principio de funcionamiento de la cromatografía gaseosa
CROMATOGRAFIA DE GASES
CO2 = DIOXIDO DE CARBONO 0 A 5%
N2 = NITROGENO 0 a 5%
CH4 = METANO : 80% a 95%
C2H6 = ETANO : 0% a 5%
C3H8 = PROPANO:0% a 1 %
iC4H10 nC4H10 = BUTANOS 0 a .5%
iC5H12 nC5H12 = PENTANOS 0 a .5%
C6H14 y superiores 0 a .1%
Composición Típica
CROMATOGRAFIA DE GASES
Moléculas Gas Natural
Metano
H I
H-C-H I
H Etano
H H I I
H-C-C-H I I
H H Propano
H H H I I I
H-C-C-C-H I I I
H H H Nornal butano
H H H H I I I I
H-C-C-C-C-H I I I I
H H H H
Iso butano
H H H H C H I I I
H-C-C-C-H I I I
H H H Nornal pentano
H H H H H I I I I I
H-C-C-C-C-C-H I I I I I
H H H H H Iso pentano
H H H H C H H I I I I
H-C-C-C-C-H I I I I
H H H H
Neo pentano
H H H H C H I I I
H-C-C-C-H I I I
H C H H H H
Nornal hexano
H H H H H H I I I I I I
H-C-C-C-C-C-C-H I I I I I I
H H H H H H
Dióxido de Carbono
O=C=O
Nitrógeno
N = N
CROMATOGRAFIA DE GASES
Cromatógrafo Básico
Detector
Columna
Muestra
He
Amplificación
A/D CPU
Cromatógrafo básico
Registrador
80 +- 5ºC
CROMATOGRAFIA DE GASES
•TCD: Detectores de conductividad térmica, se
basan en la variación de la resistividad en
función de la temperatura. Se utilizan para
medir altas concentraciones y son los mas
difundidos
•FID:Detector de ionización por llama Selectivo.
Una llama de hidrógeno rica en oxígeno quema
hidrocarburos y produce moléculas ionizadas
que son captadas por un campo eléctrico y
colectadas por un electrodo. Se produce una
corriente que es detectada como una diferencia
de tensión en una resistencia.
•FPD:Detector fotométrico de llama. Usado
para la detección de azufres (H2S, COS, y
mercaptanos, etilmercaptano y etilmercaptano)
en ppms.
Tipo de detectores
CROMATOGRAFIA DE GASES
TCD en Configuración Puente:
CROMATOGRAFIA DE GASES
Para incrementar la velocidad
Se utilizan 2, o mas columnas.
El intercambio de columnas
se logra mediante las válvulas
cromatográficas paquetizadas.
Mediante este arreglo se logra
una performance máxima,
de un análisis cada 4 minutos,
con un consumo de 50 cc/min.
Columnas
CROMATOGRAFIA DE GASES
Válvula cromatográfica
CROMATOGRAFIA DE GASES
El horno de calentamiento
integra en si mismo, las
válvulas, las columnas y los
detectors
Aprobado paraClass I Div I
Groups B, C, & D
Mínimos Requerimientos --
No se necesita aire ni
hidrógeno
Variación +/- 0.1 C Sobre
temperatura ambiente
Máxima estabilidad y
confiabilidad en todos los ambientes (-17ºC a 50ºC)
Horno de calentamiento
CROMATOGRAFIA DE GASES
Detector de
medición
Detector de
Referencia
CROMATOGRAFIA DE GASES
Horno
Lazo de
Muestra
Columnas
Válvula
de 6 vías
CROMATOGRAFIA DE GASES
Funcionamiento
Paso 1:
Inyección de muestra: 0-25 segs
Al finalizar este período se cierra la válvula de muestra y se captura en el lazo de muestra la muestra a analizar (bucle de tubing de 1/16 “ de 5 cm aprox)
Detector
C8 C7 C6 C5 C4 C2 CO2 C1 N2
Venteo
Columna 1 Columna 2 Columna 3
CROMATOGRAFIA DE GASES
Funcionamiento
C6+
Paso 2:
Comienzo de análisis, detección de C6+: 25 a 45 segs
Columna 1 en serie con el detector libera el C6+
Detector
C6 C7 C8 N2 C1 CO2 C2 C5 C4 C3
Venteo
C6+ Columna 2 Columna 3 Columna 1
CROMATOGRAFIA DE GASES
Funcionamiento
C3
C4
C5C6+
Paso 3:
Análisis de componentes intermedios: 45 a 145 segs
Columna 2 en serie con Columna 1 y Columna 1 en serie con el detector. Se liberan C3, C4 y C5.
Detector
N2 C1 CO2 C2 C5 C4 C3
Venteo
C5 C4 C3 Columna 3 Columna 2 Columna 1
CROMATOGRAFIA DE GASES
Funcionamiento
CO2
C2
C1
N2
C3
C4
C5C6+
Paso 4:
Análisis de componentes livianos: 145 a 225 segs
Columna 3 en serie con Columna 1 y Columna 1 en serie con el detector. Se
liberan N2 ,C1, C2 y CO2.
Detector
Columna 2 Columna 3 Columna 1
N2 C1 CO2 C2
Venteo
N2 C1 CO2 C2
CO2
CROMATOGRAFIA DE GASES
Cromatograma Final
CROMATOGRAFIA DE GASES
Funcionamiento Real
ANALIZADOR C6+
ANALIZADOR C6+H2S
ANALIZADOR C9+
CROMATOGRAFIA DE GASES
Reporte obtenido CROMATOGRAFIA DE GASES
Instalación Típica
CROMATOGRAFIA DE GASES
Response Factor & Retention Time
Cx
Cx
RF
AreaMolarCx%
Representación gráfica del RT y Área del pico.Con el gas de calibración el controlador conoce la
concentración molar del pico y con el área de ese pico calcula su RF.
RT Componente N
A Componente N
T=segs.
Línea Base
RF =
A Componente N
Mol% de
Cal.
CROMATOGRAFIA DE GASES
Reporte de Calibración
Final Calibration
Date-Time: 04/09/03 14:51 Analysis Time: 285 Cycle Time: 300
Stream: 5 Calibration MODE: FCAL Cycle Start Time: 14:46
Analyzer: 111467-3 Strm Seq:1,2
Emerson Argentina, S.A.
SN: 930248/930247
Component Cal Old RF New RF * RF % Old RT New RT * RT %
Name Conc. DEV. DEV.
PROPANE 0.99400 9.05565e+6 9.05405e+6 * -0.02 50.6 50.6 * 0.00
i-BUTANE 0.30000 1.04474e+7 1.04551e+7 * 0.07 64.9 64.9 * 0.00
n-BUTANE 0.30000 1.07498e+7 1.07402e+7 * -0.09 74.4 74.4 * 0.00
i-PENTANE 0.10000 1.19958e+7 1.19084e+7 * -0.73 108.8 108.8 * 0.00
n-PENTANE 0.10000 1.23172e+7 1.23626e+7 * 0.37 123.2 123.2 * 0.00
NITROGEN 2.49800 5.20707e+6 5.20959e+6 * 0.05 151.7 151.7 * 0.00
METHANE 89.60890 4.33078e+6 4.33299e+6 * 0.05 155.9 155.9 * 0.00
CARBON DIOXIDE 0.99600 6.3032e+006 6.30902e+6 * 0.09 183.8 183.8 * 0.00
ETHANE 4.99400 7.01431e+6 7.01669e+6 * 0.03 207.2 207.2 * 0.00
C9+ 0.00970 9.56678e+7 9.39357e+7 * -1.81 32.5 32.5 * 0.00
C6's 0.04980 7.44423e+7 7.44093e+7 * -0.04 97.0 97.0 * 0.00
C7's 0.02000 7.38385e+7 7.3594e+007 * -0.33 155.9 155.9 * 0.00
C8's 0.01970 8.32447e+7 8.25264e+7 * -0.86 277.6 277.6 * 0.00
ACTIVE ALARMS
None
CROMATOGRAFIA DE GASES
.
Modelo 565
con controlador para 19”
2 válvulas
(+/- 1 BTU en 1000 BTU, 12 min. de análisis)
Modelo 570
con controlador integrado
3 válvulas
(+/- .50 BTU en 1000 BTU, 4 min. tiempo de analisis)
Danalyzer BTU/CV Chromatographs Modelos 570 & 565
CROMATOGRAFIA DE GASES
•4 Minutos de tiempo de análisis
•-17ºC a 55ºC
•Uso exterior y a prueba de explosión
•+-0.5 BTU en 1000 BTU (.25 BTU con calibración diaria)
•Area 1Class 1 Grupos C y D.
•Modelo Heat Sink Oven, no requiere aire de
calentamiento
•Mínimo consumo
•Hasta 12 streams
•Calibración automática
Danalyzer BTU/CV Chromatographs Resúmen de características
CROMATOGRAFIA DE GASES
•Protección contra transitorios incluída
•Hasta 4 métodos de análisis
•4 Puertos de comunicación configurables en RS232/485
•Habilidad para doble detector
•Herramientas de diagnóstico, local o remoto.
•Automatización, acceso bajo DOS o windows a traves del nuevo
MON2000.
•Almacenamiento de hasta 1080 reportes de cromatografía
•Impresora paralelo local, o serie remota
•Generación y almacenamiento de cromatogramas
Danalyzer BTU/CV Chromatographs Controlador 2350 Resúmen de características
CROMATOGRAFIA DE GASES
Dos hornos separados
controlados por un único
controlador 2350. El resultado de
ambos se utiliza como un único
reporte de croamtografía
Utiliza 5 válvulas diferentes.
Tiempo de análisis de 5 minutos
La cromatografía extendida de
C9+ resulta útil en aplicaciones
de alto poder calorífico, y es
utilizada en Argentina para
predecir el punto de rocío en
hidrocarburos.
El Primer analizador separa
hasta C6+, el segundo de C6+
hasta C9+
Medición de Energía C9+
CROMATOGRAFIA DE GASES
Medición de Energía C9+
CROMATOGRAFIA DE GASES
Ventajas de la cromatografía en paralelo
El costo del gas de calibración se reduce, y se simplifica en
muchos casos por permitirse calibración automática.
El gas de calibración no requiere tracing
Mayor volumen de gas calibración en la misma botella
Los detectores TCDs utilizados requieren menor
mantenimiento que los FIDs , además de no requerir aire de
combustión e hidrógeno.
Se puede realizar el cálculo de Dew Point a partir del análsis
extendido a C9+
Medición de Energía C9+
CROMATOGRAFIA DE GASES
Cálculo de Dew Point de Hidrocarburos mediante cromatografía extendida a C9+
con método Peng Robinson. Gases con importantes concentraciones de C6+ .
Upgrade de unidades C6+ a C9+ para lograr lo antes mencionado.
+ =
Modelo 570
C6+
Modelo 590
C9+
C/ opción Dew
Point de HC
Upgrade a C9+
DANALYZER: Upgrade C6+ a C9+
CROMATOGRAFIA DE GASES
Análisis de Sulfurus
• El modelo Danalyzer 1000
permite analizar el H2S,
COS y mercatanos
superiores. La suma de
todos ellos se reporta como
Sulfuros Totales.
• Utiliza un detector de flama
fotométrico en un horno de
baño de aire.
CROMATOGRAFIA DE GASES
Análisis de Sulfuros
CROMATOGRAFIA DE GASES
Model 575 con controlador integrado
para uso en campo o laboratorio
Danalyzer BTU/CV Model 575
Transportable/Lab
CROMATOGRAFIA DE GASES
Danalyzer Model 500 NGL Application
CROMATOGRAFIA DE GASES
GASES INERTES
PARAMETROS ESPECIFICACIONES METODO
DE ANALISIS
Agua y vapor de Agua < 5.50 Lb/MMPC ASTM-D-1142
Oxigeno - O2 < 0.20 % Mol ASTM-D-1945
Anh. Carbónico - CO2 < 2.00 % Mol ASTM-D-1945
Nitrógeno – N2 <2.00 % Mol ASTM-D-1945
Inertes (N2 + CO2) < 3.50 % Mol
Sulfuro de Hidrogeno - H2S < 5.03 mgr/m³ ASTM-D-2385
Sulfuro de Mercaptano - CH2S < 14.87 mgr/m³ ASTM-D-2385
Azufre (S2) <50.34 mgr/m³ ASTM-D-1072
Mercurio (Hg) < 0.60 mcgr/m³ ASTM-D-5954
ELEMENTOS PRESENTES EN EL GAS
CONTENIDO DE DIOXIDO DE CARBONO (CO2)
El análisis de este componente es monitoreado cons-
tantemente puesto que con el agua libre se forma el
ácido carbónico. Este ácido disuelve al acero (cañería)
a través de un proceso electroquímico y los parámetros
que pueden afectar en la relación de corrosión
incluyen:
Presión Parcial de CO2
Temperatura del Gas
Contenido de Bicarbonato
Contenido de H2S
Metalurgia de la cañería
GASES INERTES
GASES INERTES
CONTENIDO DE DIOXIDO NITROGENO (N2)
Si bien este gas no participa en ninguna reacción, su
presencia disminuye la cantidad de energía que
volumétricamente podría ser transportada (o almacenada en
la mezcla gaseosa).
Pérdidas en la capacidad del proceso de tratamiento
Su presencia altera (disminuye) el poder calorífica
del GN
EJEMPLO
PROTOCOLO DE MEDICION
• Cada instalación de medición se diseñó de tal forma que:
Respeta estrictamente las normas nacionales e internacionales.
Cuenta con un acuerdo de partes (PROTOCOLO DE MEDICIÓN) con
el transportista y/o comprador.
Uso de la mejor tecnología disponible.
En todos los casos se cuenta con un calculador “ON LINE” con el
software apropiado para la recolección de datos de los medidores,
transmisores, rutinas de mantenimiento y “LOG HISTÓRICOS”.
Cada una de las partes accede al calculador para la “lectura” de los
datos que involucran la medición y el cálculo, siendo estos sistemas
montados y mantenidos por cada una de las partes.
Cada medición cuenta con un “RESPALDO OPERATIVO” de
tecnologia diferente.
PROTOCOLOS DE MEDICIÓN PARA
TRANSFERENCIA DE CUSTODIA
PROTOCOLO DE MEDICION
Los Protocoles de medición deben establecer básicamente:
•El punto de medición
•El tipo de Medidor.
•La frecuencia de calibración
•Condiciones operativas del puente de medición
•Limites admisibles de contaminantes y gases inertes.
•Tipo de monitoreo y control de calidad.
•Trazabilidad de la Medición
•Error de medición aceptable.