INTERCAMBIABILID

AD DE GAS

17 de Agosto de 2017

Juan Manuel Ortiz Afanador

juan.ortiz@polygon.com.co

Gerente

Polygon Energy S.A.S.

Drawing the retorts at the Great Gas Establishment Brick Lane, from The Monthly Magazine (1821)

Imagen: commons.wikimedia.org

Gases de la Primera Familia (manufacturados)

Gases de la Segunda Familia (gas natural)

Gases de la Tercera Familia (gases licuados - GLP)

Los gases combustibles y sus familias

Desde 1812 hasta 1980s

Desde 1821 hasta hoy

Desde 1912 hasta hoy

Fotografía: Andy Bullock - https://flic.kr/p/6kZnu8

Intercambiabilidad:

Medida del grado en que las características de combustión de un gas son compatibles con las de otro gas. Se dice que dos gases son intercambiables cuando un gas puede ser sustituido por otro sin interferir con la operación de los equipos de combustión

Índice de Wobbe

1927 Goffredo Wobbe

Bolonia, Italia

El poder calorífico del gas, por sí solo, no es un parámetro que permita evaluar la intercambiabilidad. Wobbe desarrolló un parámetro que tiene en cuenta el flujo de la energía contenida en el gas.

Índice de Wobbe (𝑰𝑾) Cociente entre el poder calorífico y la raíz cuadrada de la densidad relativa del gas

𝐼𝑊 =𝑃𝐶𝑆

𝐺

Poder calorífico superior

Densidad relativa

Índice de Wobbe

Densidad del gas

Poder calorífico

Presión Constante

𝑄𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 = 𝑃𝐶𝑆 × 𝑄𝑣

Flujo de energía contenida en el gas

Orificio del inyector (fisto) (área constante)

𝑄𝑣 ∝1

𝐺

Caudal volumétrico

Dos gases con igual índice de Wobbe brindan el mismo flujo de energía contenida en el gas (a igual presión y diámetro de orificio inyector)

Caudal energético

Gases de la Primera Familia (manufacturados)

Gases de la Segunda Familia (gas natural)

Gases de la Tercera Familia (gases licuados - GLP)

IW 598 a 662 BTU/ft3

IW 1044 a 1461 BTU/ft3

IW 1947 a 2331 BTU/ft3

Son intercambiables los gases de diferentes familias?

RTA/ En la mayoría de equipos de combustión… NO

Valores reportados a condiciones estándar RUT 14,65 psia y 60°F

Son intercambiables gases de la misma familia?

RTA/ En la mayoría de equipos de combustión… NO

Cada familia está conformada por una gran variedad de gases, por esta razón ha sido necesario subdividir las familias en grupos

Valores reportados a condiciones estándar RUT 14,65 psia y 60°F

COLOMBIA Cusiana-Cupiagua: IW 1390 BTU/ft3

Bullerengue: IW 1380 BTU/ft3 Gibraltar: IW 1363 BTU/ft3 Arianna: IW 1341 BTU/ft3 Guajira: IW 1325 BTU/ft3

Creciente: IW 1323 BTU/ft3 Corrales: IW 1318 BTU/ft3 Caramelo: IW 1300 BTU/ft3

Segunda familia (Gas Natural) IW 1044 a 1461 BTU/ft3

Grupo H: IW 1220 a 1461 BTU/ft3 Grupo L: IW 1044 a 1196 BTU/ft3 Grupo E: IW 1092 a 1461 BTU/ft3

Son intercambiables los gases de la misma familia y grupo?

RTA/ NO necesariamente

Desde la perspectiva del uso final, el IW por sí solo no es suficiente para realizar un buen control de la intercambiabilidad. Por esta razón, operativamente se debe usar de forma complementaria con uno o varios parámetros de intercambiabilidad adicionales, tales como los índices de Weaver, los índices de AGA, el índice de desprendimiento de llama, el factor de combustión incompleta, el índice de hollín, el número de metano, entre otros

Especificaciones de calidad CREG 071 de 1999 (RUT) Incluidas modificaciones (CREG 054/2007)

Las especificaciones de calidad de gas vigentes en la actualidad no contemplan el IW u otros parámetros de intercambiabilidad. CREG 084 de 2008: Proyecto intervalo de ±5% sobre el promedio de los límites del grupo H (segunda familia) CREG 172 de 2016: Se retoma el proyecto Actualmente: La CREG revisa comentarios recibidos a la CREG-172/2016

Fuente: Resolución CREG 071 de 1999 – RUT (incluida modificación de la Resolución CREG 054 de 2007)

CAR USM COR APY CRE GUA BLN ARI GIB LPZ TUC BUL CUP CUSEP CUSAP

CUSAP 3 3 3 3 3 3 3 1 0 0 0 0 0 0 22

CUSEP 3 3 3 3 3 3 3 1 0 0 0 0 0 0 22

CUP 3 3 3 3 3 1 1 1 0 0 0 0 0 0 18

BUL 3 2 3 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 11

TUC 3 1 3 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 10

LPZ 3 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 7

GIB 3 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5

ARI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 3 3 3 11

BLN 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 2 5 5 5 26

GUA 0 0 0 0 0 0 0 2 3 3 2 5 5 5 25

CRE 0 0 0 0 0 0 0 2 3 3 2 5 5 5 25

APY 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 4 4 4 14

COR 0 0 0 0 0 0 0 2 2 4 4 5 5 5 27

USM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 2 4 4 4 17

CAR 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 35

21 12 17 9 13 10 10 3 14 16 23 19 36 36 36

GA

SE

S D

E A

JU

ST

E

(Ín

dic

e d

e W

ob

be

au

me

nta

en

es

te s

en

tid

o →

)

GASES SUSTITUTOS (Índice de Wobbe aumenta en este sentido →)

Fuente: Informe preparado por Polygon Energy para CNO-Gas. 2016

Análisis caso colombiano

En 2016 el Consejo Nacional de Operación de Gas (CNO-Gas) desarrolló, a través de Polygon Energy, una Investigación Documental Detallada sobre Intercambiabilidad de Gases. Los resultados están disponibles públicamente y en análisis por parte de la CREG En la Figura se aprecia un análisis de riesgos que podría derivarse de un intercambio directo de los gases naturales producidos en Colombia

Combustión incompleta Llamas con puntas amarillas Formación de hollín Retroceso de llama Alta concentración de monóxido de carbono (CO) en productos de combustión Presencia de hidrocarburos sin quemar (HxCx) en productos de combustión Daños en equipos de combustión Afectación sobre motores que operan con gas – Cascabeleo (knocking) Afectación sobre la calidad de los productos obtenidos en procesos de manufactura

relacionados con la cerámica, el vidrio, la porcelana, la fibra de vidrio, hornos de atmósfera controlada y procesos textiles de llama directa

Pérdida de eficiencia energética en procesos Desactivación de catalizadores Afectación sobre el medio ambiente (aumento de emisiones, polución atmosférica)

Problemas potenciales de intercambiabilidad

Punto de implementación Técnica de Gestión de Calidad de Gas Ajuste a realizar

En el punto de producción de gas

Fraccionamiento (Extracción de GLP y/o

etano) Empobrecimiento

Inyección de nitrógeno Empobrecimiento

Inyección de GLP Enriquecimiento

En la terminal de regasificación

Ballasting con gas inerte Empobrecimiento

Fraccionamiento (Extracción de GLP y/o

etano) Empobrecimiento

Inyección de GLP Enriquecimiento

Remoción de inertes o CO2 Enriquecimiento

Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/

Enriquecimiento

En la red de transporte y/o de

distribución

Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/

Enriquecimiento

En el punto de salida

Ballasting con gas inerte Empobrecimiento

Inyección de GLP Enriquecimiento

Mezcla con gases de diferente composición Empobrecimiento/

Enriquecimiento

Control automatizado de la combustión –

Soluciones implementadas exitosamente a nivel internacional

Fuente: Adaptado de IGU “Guidebook to Gas Interchangeability and Gas Quality” 2011

Multiplicidad de usos del

gas

Diversidad de fuentes de gas

Conformación de mezclas de

gases

Variaciones del gas

suministrado a usuarios

Retos actuales GNL Importaciones convencional de gas (por gasoducto) Gasoductos virtuales Control de las mezclas de gases Biogás Sustituciones de gas natural por GLP y viceversa Definición de condiciones locales de distribución Una nueva etapa: “Gestión de la calidad del gas”