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2do. Congreso y Exposición Internacional de Logística y Distribución de Hidrocarburos Noviembre, 2013. León, Guanajuato
INERTIZADO DE DUCTOS MEDIANTE
LA UTILIZACIÓNO DE SISTEMAS DE
GENERACIÓN DE NITRÓGENO EN
SITIO.
Darwin Oliver Rasgado Benítez
Ignacio Castro Isassi
Segundo Congreso y
Exposición Internacional de
Logística, Transporte y
Distribución de Hidrocarburos.
León, Guanajuato 2013.
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Características del Nitrógeno
• El Nitrógeno es un gas inerte que representa la
mejor opción en términos técnicos y económicos
• Elimina la creación de una mezcla inflamable que
pueda generar una explosión en fondo del agujero
• Reduce problemas de corrosión en operaciones con
altas temperaturas y presión de fondo
Peso Atómico 14.0067 g/mol-1
Gravedad Específica 0.976
Punto de Ebullición -320.5°F (-195.8°C)
Tipo de Gas Inerte
Cantidad en Aire 78.03%
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Comportamiento del Oxígeno
• Límite de Oxígeno para la Combustión
– Influencia de la presión en la concentración mínima de
Oxígeno para generar una mezcla inflamable
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Tipo de Sistema
Nitrógeno de Membrana
• Elimina la necesidad de transportar y almacenar
grandes cantidades de Nitrógeno criogénico
• Disminuye el costo en operaciones que requieran
altas tasas por volumen de Nitrógeno y logística
– Después de la inversión inicial, el sistema puede mantener
una alta tasa constante de flujo a bajo costo por unidad
• Sistema portátil que puede moverse fácilmente
• Utiliza un sistema de filtros para separar el
Nitrógeno tomado del aire atmosférico
• El equipo necesario para generar el Nitrógeno es:
– Compresores (Adquieren Aire e Inyectan a la NPU)
– Unidad Productora de Nitrógeno (NPU) (Filtra el Nitrógeno)
– Boosters (Incrementan Presión de Inyección de Nitrógeno)
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Equipos Requeridos
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Nitrógeno de Membrana
Compresores Primarios
• Compresores Primarios
– Suministran de aire de la atmósfera presurizado a la NPU
– Compresores de tornillo rotatorio lubricado son comunes,
ya que mantienen constante el flujo y presión de descarga
– El gas comprimido debe de ser enfriado entre etapas
debido a las altas temperaturas que se generan por la
compresión
• Capacidad de los Compresores Primarios
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Nitrógeno de Membrana
Compresores Primarios
• La clasificación de los compresores es nominal y la
eficiencia del motor y compresor es afectada por la
temperatura, presión atmosférica y humedad
– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación
– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F
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Nitrógeno de Membrana
Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)
• Las UPN están compuestas de 3 sub-sistemas
– Tratamiento de Aire: Acondiciona el aire alimentado al
modulo de membranas filtrando aceite, partículas e
incrustaciones manteniéndolo a la temperatura correcta
Air Cooler
Separador de Humedad
Calentador de Proceso
Filtro(s) de Partículas
Filtro de Carbón
Válvula de Alimentación
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Nitrógeno de Membrana
Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)
– Separación de Nitrógeno: Incluye los módulos de
membrana y los componentes para la propia operación y
control de la UPN
Módulos de Membrana
Medidor de Flujo
Válvula de Control de
Presión
Válvulas de Venteo para
N2 de Baja Pureza
Válvula Check para
Evitar Flujo de Retorno
Venteo de Gas
Permeable (Vapor de
Agua, O2, CO2)
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Nitrógeno de Membrana
Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)
– Microcontrolador: El panel de control está basado en PLCs
para proveer de un sistema de control y monitoreo
completo. Recibe datos de instrumentos, entradas discretas
y setpoints para determinar el funcionamiento de la UPN
Monitoreo de Instrumentos
Procesa el Sistema de
Alarmas y Apagado
Activa el Venteo
Calcula los Flujos de Gas
Control de Pureza
Despliega Datos Locales
Indica Estado del Sistema
Controla Válvulas
Registros de Operación
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Nitrógeno de Membrana
Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)
• Principio de Funcionamiento
– El flujo de aire es forzado a través de los módulos de
membranas que consisten en una serie de arreglos con
finas fibras huecas poliméricas
– Como el Oxígeno y el vapor de agua tienen una difusión
más rápida, penetran la superficie de las fibras
semipermeables
– Por lo tanto, el gas
que alcanza a llegar
hasta el final de la
fibra es
predominantemente
el Nitrógeno por
tener moléculas
más ligeras
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Nitrógeno de Membrana
Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)
• Principio de Funcionamiento
– El aire enriquecido de Oxígeno es venteado a la atmósfera
y el Nitrógeno enviado a los boosters
– La eficiencia de la UPN es aproximadamente del 50%, por
consiguiente requiere el doble de aire de alimentación
– Incrementar la pureza afecta la tasa de flujo de descarga
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Nitrógeno de Membrana
Compresores de Alta Presión (Boosters)
• Compresores de Alta Presión (Boosters)
– Recibe el flujo volumétrico para incrementar la presión
– Generalmente son compresores reciprocantes de pistón y
tienen una o dos etapas
– El gas comprimido debe de ser enfriado entre etapas
debido a las altas temperaturas que se generan por la
compresión
• Capacidad de los Compresores de Alta Presión
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Nitrógeno de Membrana
Compresores de Alta Presión (Boosters)
• La clasificación de los compresores es nominal y la
eficiencia del motor y compresor es afectada por la
temperatura, presión atmosférica y humedad
– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación
– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F
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Tipo de Sistema
Nitrógeno de Membrana
• Proceso de Generación de Nitrógeno de Membrana
1
Compresores convencionales
adquieren aire de la atmósfera
y lo comprimen a una presión
de 200 – 350 psi
2 3 4
5El aire comprimido es enfriado
a una temperatura aproximada
de 80°F (27°C) antes de entrar
a la NPU
En la NPU, el aire pasa por una
serie de filtros primarios que
eliminan contaminantes
(polvo), aceite lubricante del
compresor y agua atmosférica
El flujo de aire pasa a través
del filtro de membrana donde
se realiza la separación del
Nitrógeno. Oxígeno remanente
es venteado a la atmósfera
El Nitrógeno sale de la UPN y
alimenta los boosters donde se
incrementa la presión para
poderlo inyectar hacia el pozo
P = 200 – 350 psi
T = 150 – 180 °F
QN = 6000 scfm
P = 200 – 350 psi
T = 80 – 120 °F
QN = 6000 scfm
P = 200 – 350 psi
T = 80 – 120 °F ↑
QN = 6000 scfm
P = 200 – 350 psi ↓
T = 80 – 120 °F ↓
QN = 3000 scfm
P = 1800 – 5000 psi
T = 50 – 110 °F ↑
QN = 3000 scfm
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Ventajas
Nitrógeno de Membrana
Ventajas del Sistema
Membrana
-Sistema Portátil de Fácil Transportación y Montaje
-Utiliza el Nitrógeno del Aire que Representa una Fuente
Virtualmente Infinita
-Genera Tasas de Flujo Continuas y Constantes
-Puede ser 3 veces más económico que el Criogénico
-El proceso de generación es rápido, limpio y no genera
desechos peligrosos
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Desventajas
Nitrógeno de Membrana
Desventajas del Sistema
Membrana
-Alto Costo Inicial
-Requiere Mantenimiento en Campo del Equipo
-Presencia de 1.5% – 6 % de O2 (Pureza de 94% – 98.5%).
Modificar la pureza afecta directamente la tasa de flujo
-Espacio en locación por tamaño de equipo
-Requiere un Programa de Mitigación de Corrosión
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Nitrógeno de Membrana
Gracias por la atención
-Darwin Oliver Rasgado Benítez