Emisiones fugitivas

Gestión Ambiental

Tema 5

Origen de emisiones fugitivas

• En una industria media existen entre 3000-30.000 equipos como bombas, válvulas, compresores, cierres,... que pueden producir fugas

• Incluso los equipos bien mantenidos generan una serie de pérdidas no intencionadas (Emisiones fugitivas)

• Estas emisiones pueden ser:– Pérdidas continuas de pequeñas cantidades debido a equipos

con defectos– Fugas de más entidad, debidas a fallos de los equipos

La normativa suele definir

• Corrientes de productos a monitorizar• Tipos de componentes a monitorizar (bombas,

válvulas, conexiones,...)• Concentraciones que implican fugas• Frecuencia de muestreo• Medidas a tomar en caso de fuga• Periodo en el que debe repararse la fuga• Medidas a tomar si la fuga no puede repararse

según las normas.

Fuentes y cantidades

• Las emisiones fugitivas se generan en: – Cualquier equipo en el que pueda producirse una fuga– En las conexiones de tuberías– Evaporación de compuestos en tanques abiertos o

recipientes– Emisiones de polvo en construcción, demolición,

tráfico, recogida de residuos, agricultura

Pequeñas emisiones en un gran número de elementos generan cantidades importantes de emisiones

Fugas en equipos y distribución de emisiones

Medida de emisiones fugitivas

• Empleo de equipos de medida directa

• Sistemas para estimar las pérdidas– Factores medios de emisión– Emisiones por intervalos– Correlaciones de la EPA– Correlaciones específicas

Factores de emisión

• Basado en el conocimiento de diferentes instalaciones

• ETOC = FA WFTOC– ETOC = Emisión total desde un componente (kg/h)– FA = Factor (kg/h)– WFTOC = fracción media en masa de TOC en la corriente

• Los cálculos sirven para determinar si el conjunto de unidades emite más COV de lo estimado

• No tiene en cuenta las diferencias para plantas específicas

Factores de emisión

SOCMI = Industria química orgánica

Emisiones por intervalos

• Tiene en cuenta los datos de emisiones de la planta, por lo que resulta más exacta que los factores de emisión.

• Se asume que las velocidades de emisión son diferentes según existan niveles por encima o debajo de 10.000 ppmv

• Su aplicación es similar al método anterior, pero debe distinguirse entre los elementos que fugan por encima o debajo del valor límite

Emisiones por intervalos

ETOC = (FG NG) + (FL NL)

• ETOC = Velocidad de emisión (kg/h)

• NG = Unidades con emisiones >10.000 ppm

• NL = Unidades con emisiones <10.000 ppm

• FG = factor de emisión para fuentes con valores >10.000 ppm

• Fl = factor de emisión para fuentes con valores <10.000 ppm

Factores para emisiones por intervalos

Correlaciones EPA

• Predice las velocidades de emisión en función de la concentración medida. Existen correlaciones para industria química orgánica y refinerias.

• La velocidad cero de emisión se asocia con un valor de medida de la concentración cero. Así se obtiene un valor de emisión para los elementos en que la concentración se encuentra por debajo del límite de detección

Correlaciones EPA

Correlaciones específicas

• Método más exacto y más caro

• Deben recogerse pares de datos de emisiones y concentraciones para desarrollar correlaciones específicas para un equipo en un proceso

• Es preciso conocer datos en diferentes intervalos de concentraciones

Control de emisiones fugitivas

Existen dos técnicas básicas para reducir las emisiones

• Modificación de equipos

• Llevar a cabo un programa de detección de fugas y reparación

Modificación de equipos

• Instalar equipos adicionales que reducen las emisiones• Reemplazar equipos existentes por otros que no lleven

sellos

La mayor parte de las fugas proviene de válvulas. Debe considerarse:

- Estado de los componentes

- Empaquetado

- Condiciones mecánicas

Empleo de válvulas de diafragma sin empaquetado

Otros equipos

• Bombas y compresores– Recogida de vapores – Doble sello con circulación de fluido intermedio– Bombas sin sello (diafragma, magnéticas,…)

• Válvulas de alivio– Su funcionamiento no se consideran emisiones

fugitivas– Instalación de discos de ruptura

• Conexiones de tuberías– Sus emisiones son bajas

Eficacia de las modificaciones

Válvulas

Válvulas

Emisiones desde tanques de almacenamiento

• Fuente importante de emisiones

• Existen 6 tipos básicos de tanques– Tanques de techo fijo– Tanques de techo flotante externo– Tanques de techo flotante interno– Tanque de techo flotante y cúpula externa– Tanques de contenido variable de vapor– Tanques a presión

Tanques de techo fijo

• Verticales u horizontales• Construidos sobre o bajo nivel del suelo• Acero, poliéster• Venteo directo a la atmósfera o equipados con

venteo presión/vacío• Emisiones causadas por variaciones en presión,

temperatura y nivel de líquido• Son los más económicos, pero se considera el

equipamiento de almacenamiento mínimo aceptable por su potencial de emisiones

Tanques de techo flotante externo

• Cilindro abierto equipado con un techo que flota sobre la superficie del líquido

• El techo lleva un sello en contacto con las paredes y reduce las pérdidas de líquido

• Emisiones fugitivas se limitan a:– pérdidas por un imperfecto sellado– Conexiones en el techo– Líquido evaporado desde las paredes

Tanques de techo flotante interno• Tiene un techo fijo y un techo flotante • Las pérdidas por evaporación se minimizan

instalando un techo flotante bajo el techo fijo.• La zona entre el techo fijo y flotante se ventea

frecuentemente.

Tanque de techo flotante y cúpula externa

• Similar al anterior• Suelen proceder de una mejora de tanques de

techo flotante mediante un techo fijo que minimice las pérdidas por evaporación generadas por el viento

Tanques de contenido variable de vapor

• Llevan una zona expandible donde se acomodan las fluctuaciones de volumen debidas a variaciones en la presión y temperatura

• Muchos emplean una membrana flexible para proporcionar un volumen ampliable

• Pueden ir ubicados sobre tanques con techo fijo• Las pérdidas se limitan al llenado cuando el

vapor desplazado por el líquido supera la capacidad de almacenamiento del gas.

Tanques a presión

• Usados para almacenar gases o líquidos orgánicos con altas presiones de vapor

• Están equipados con un venteo de presión/vacío

• Las pérdidas suelen ser mínimas si el venteo está bien mantenido y el tanque no se sobrepresuriza

Tanques

Tanques

Estimación de emisiones

• Las pérdidas desde tanques con techo fijo pueden producirse:– Continuamente desde el líquido que permanece en el tanque– Pérdidas durante la operación de llenado o vaciado del tanque

• Asumiendo que el tanque opera a presión atmosférica y que los tanques están cerrados herméticamente para líquido y vapor:

• LT = LS + LW

• LT = pérdidas totales (lb/y)

• LS = pérdidas durante el almacenamiento

• LW = Pérdidas durante la operación

Ls = 365 VVWVKEKSVV = Volumen de vapor (ft3)WV = Densidad de vapor (lb/ft3) WV = MVPVA/R TLA

KE = Factor de expansión KS = Factor de saturación del venteo

– KE = TV/TLA + (PV – PB)/(PA – PVA)TV = Intervalo de temperatura media diaria (ºR)TLA = Temperatura media del líquido (ºR)PV = Variación de presión diaria (psi)PB = Intervalo de presión de venteo (psi)PA = Presión atmosférica (psi)PVA = Presión de vapor a Tª media (psi)

– KS = 1/ (1 + 0,053 PVA HVO)HVO = Altura de vapor (ft) (altura de un tanque cilíndrico de diámetro D

con un volumen equivalente al volumen del vapor en el tanque)

Pérdidas durante el almacenamiento

Pérdidas durante la operación

LW = 0,0010 MV PVA Q KN KP

• Mw = Peso molecular del vapor (lb/mol lb)

• Q = cantidad anual de líquido almacenado (bbl/y)

• KN = Factor de renovación– Para > 36 renovaciones, KN = (180 + N)/6N

– Para < 36 renovaciones, KN = 1

• KP = factor de pérdida de producto– Para crudo = 0,75– Para otros líquidos = 1,0

Control de emisiones

• Emisiones en el almacenamiento de líquidos orgánicos se producen por:– Evaporación– Cambios en el nivel del líquido durante llenado y vaciado

• Las emisiones desde tanques con techo fijo pueden controlarse:– Instalación de techos internos (60-99% eficacia)– Intercambio de vapores (90-98% eficacia)– Sistemas de recuperación de vapores (96-99%)

Emisiones en el tratamiento de residuos

• Unas unidades requieren una alta turbulencia

• Otras operan con líquidos estancados pero con grandes superficies

• Aplicación al terreno es otra fuente

• Opciones:– Cubrir los equipos– Reducir turbulencia