Detección y cuantificación de escapes de gas natural mediante técnicas de espectrometría infrarroja y correlación de imágenes en tiempo real

Transcripción

1 Detección y cuantificación de escapes de gas natural mediante técnicas de espectrometría infrarroja y correlación de imágenes en tiempo real Zulemy Berbesí, Rosa Alvarado, William Beaujon Francisco A. Maldonado y Julio C. Ohep

2 Contenido Introducción Necesidades de detección de gases Instrumentos tradicionales Espectrometría IR con correlación de gas La tecnología GasOptics y sus aplicaciones Pruebas realizadas en Venezuela Consideraciones finales

3 Introducción Detección y cuantificación de fugas gaseosas En gasoductos, plantas, tanques, equipos, chimeneas, camiones cisterna y otras fuentes Permite resolver situaciones que impactan la seguridad, la calidad y la economía de las operaciones

4 Instrumentos tradicionales Sensores electro - químicos Sensores de estado sólido Tubos colorimétricos Sensores de papel Sensores catalíticos Sensores infrarrojos Sensores foto - ionizadores

5 Instrumentos tradicionales Sensores electro - químicos Cualquier gas que pueda ser oxidado o reducido electroquímicamente. Se detecta a través de una celda de combustión El sensor consiste básicamente de un electrodo sensor (cátodo) y un electrodo contador (ánodo) separados por un electrolito Es excelente para la detección de gases tóxicos Ventajas: respuesta lineal, buena selectividad, excelente repetibilidad y precisión. Mide en ppm (hasta 20 gases en bajas concentraciones) Desventajas: sensibles a la humedad, propensos a interferencias EMF/RFU, propensos a interferencias de hidrógeno, no detecta gases combustibles

6 Instrumentos tradicionales Sensores de estado sólido (semiconductores) Se basan en cambios de conductividad eléctrica, asociados a la absorción de los gases en la superficie del semiconductor Se utilizan para detectar gases en cualquier concentración, dando una respuesta no lineal Miden gases combustibles y gases tóxicos Ventajas: miden gases en altos y bajos niveles de concentración, tiempo de vida largo, soportan altas temperaturas y son robustos Desventajas: requieren presencia de oxígeno, alimentación eléctrica externa, no identifican el tipo de gas

7 Instrumentos tradicionales Sensores colorimétricos Su principio de funcionamiento es la presencia de un reactivo químico en el interior de un tubo de cristal Tecnología en evolución, dando lugar al uso de microprocesadores Ventajas: son tiempo de respuesta rápido, sencillos y de bajo costo, excelentes en aplicaciones portátiles, permiten ver los resultados en forma directa Desventajas: propensos a interferencias de otros químicos similares, poco precisos, sólo pueden analizar un gas a la vez Sensores de papel

8 Instrumentos tradicionales Sensores catalíticos Se basan en la oxidación del gas combustible en la superficie del elemento catalítico, calentado eléctricamente La medición se realiza por el cambio de la resistencia eléctrica Miden gases combustibles Ventajas: responden rápidamente, miden la presencia de gases combustibles en el aire, su respuesta es lineal, tienen larga vida, son sencillos de mantener y calibrar Desventajas: las lecturas se ven afectadas por la humedad, no detectan gases tóxicos, son propensos a envenenamiento, su sensibilidad disminuye a altas concentraciones

9 Instrumentos tradicionales Sensores infrarrojos Operan con el principio de absorción de rayos infrarrojos (IR) y se basan en la medición del ancho de banda absorbida por el volumen de gas Aplica para gases cuyas moléculas están formadas por dos o más átomos diferentes Ventajas: no requieren estar en contacto con el gas a medir, pueden medir largos períodos en altas concentraciones sin presentar fallas, no se contaminan, operan en ausencia de oxígeno Desventajas: alto costo inicial y de repuestos, ambientes húmedos, polvorientos o corrosivos incrementan su mantenimiento, están calibrados para un solo gas

10 Instrumentos tradicionales Sensores foto-ionizadores Utilizan luz ultravioleta para ionizar las moléculas del gas Existen lámparas con diferentes niveles de energía, que permiten detectar diferentes gases Ventajas: pueden detectar componentes volátiles en niveles bajos de concentración, tienen buena sensibilidad y rápida respuesta, son excelentes para lecturas periódicas y aplicaciones portátiles Desventajas: tiempo de vida limitado por la lámpara, frecuencia de mantenimiento elevada, no son recomendados para uso contínuo, son de construcción frágil y propensos a dañarse con facilidad

11 Espectrometría IR con correlación de gas Permite detectar, identificar, visualizar, grabar y cuantificar plumas de gas en la atmósfera, producidas por emisiones industriales o por fugas, tanto en plantas de procesamiento o compresión de gas, como en gasoductos De forma móvil o estacionaria

12 QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. Cómo funciona? Celda de gas Telescopio Cassegriano de doble imagen C mara CCD C mara IR con filtro espectral PC con procesador de im genes en tiempo real

13 Cual chimenea fuga etileno?

14 QuickTime and a TIFF (LZW) decompressor are needed to see this picture. Sistema integrado GasOptics

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16 La tecnología GasOptics Permite ver el gas Es fácil de interpretar Cuantifica la magnitud del escape Suministra todos los datos en tiempo real Detecta las fugas gaseosas en el sitio Puede utilizarse desde puntos fijos Pero también desde vehículos en marcha

17 y también hace posible Inspeccionar áreas extensas Visualizar áreas completas Cambiar rápidamente el área en estudio Monitorear simultáneamente gases diferentes Inspeccionar totalmente la escena Optimizar el uso de la señal analizada Tratar matricialmente los datos

18 Gases diferentes al mismo tiempo

19 Cuáles gases? Todos, menos los homonucleares Metano? por supuesto que sí Etileno, amoníaco, metanol, óxido nitroso y hexafloruro de azufre Pero también propano, butano, pentano, y hexano

20 Pruebas realizadas en Venezuela En la Refinería Puerto La Cruz En Sincor, Metor, Supermetanol y Superoctanos En Maturín - Mantenimiento Oriente En la Refinería El Palito En la Planta de Distribución de Yagua En San Francisco - Mantenimiento Occidente y En Cabimas, para Arch Chemical

21 Combustión incompleta de etileno QuickTime and a decompressor are needed to see this picture.

22 Fuga de gas de una bombona QuickTime and a Cinepak decompressor are needed to see this picture.