ANEXO B DESCRIPCIÓN DE LAS ANTORCHAS DE VENTEO

Transcripción

1 PERÚ LNG. S.R.L Proyecto de Exportación de GNL Octubre, 2005 Modificación al EIA Anexo B ANEXO B DESCRIPCIÓN DE LAS ANTORCHAS DE VENTEO

2 Quemador para la Antorcha de Venteo INDAIR KMI El quemador para la antorcha de venteo Indair ha sido empleado durante 25 años en cientos de aplicaciones que requieren diseños de antorchas de alta presión con baja radiación y que no produzca humo. En los últimos años se viene utilizando con éxito antorchas múltiples Indair que operan en paralelo para una amplia gama de aplicaciones y configuraciones. Con la finalidad de aprovechar los diversos beneficios operativos del diseño de las antorchas múltiples Indair, John Zink ha desarrollado una gama de diseños que proporcionan una solución con bajo mantenimiento y a un costo efectivo para una amplia gama de aplicaciones de antorchas. El diseño del quemador de antorcha de puntos múltiples INDAIR KMI utiliza quemadores múltiples de pequeño diámetro colocados en un cuerpo de antorcha común. En el núcleo del quemador de puntos múltiples se encuentra el quemador fundido. John Zink ha desarrollado una gama de pequeños quemadores protectores (de 4 a 12 de diámetro del armazón en forma de tulipán) que son fabricados como piezas fundidas sólidas. Todo el armazón en forma de tulipán es una pieza fundida sólida y gruesa de acero inoxidable. Esto es la diferencia del armazón grande en forma de tulipán que requiere la soldadura de un cono de chapa laminada al armazón forjado tipo tazón. El diseño de armazón fundido en forma de tulipán proporciona varias características únicas a diferencia de los armazones en forma tulipán de tamaño grande. Estas son: No tiene acoplamientos soldados en el armazón que sean susceptibles de falla. Todo el armazón es sólido, continuo y grueso y no presenta cambios en el grosor o tipo del material. Por lo tanto, no hay fuerzas de expansión térmica diferenciales debido a metales diferentes y/o cambios en el grosor del material. Los armazones fundidos en forma de tulipán son fabricados en grandes cantidades y son mucho menos costosos que los armazones de tamaño grande. El quemador de la antorcha y los armazones en forma de tulipán son fabricados con tolerancias rigurosas que no son susceptibles a pérdida de tolerancia por el calentamiento y enfriamiento después de la soldadura. Esto permite tolerancias muy limitadas en el ancho del orificio de los quemadores de antorcha fundidos Indair. El diseño de las antorchas INDAIR KMI de puntos múltiples utiliza una selección de pequeños quemadores fundidos dispuestos en un orden que asegura la aireación adecuada de cada quemador individual y al mismo tiempo garantiza un encendido cruzado entre los quemadores individuales.

3 La disposición de los quemadores de puntos múltiples INDAIR KMI es muy similar a la empleada por la mayoría de quemadores de puntos múltiples convencionales de antorcha sónica. El cuerpo principal del quemador de la antorcha tiene múltiples brazos de pequeño diámetro que salen del cuerpo principal en una forma simétrica. La principal ventaja con los quemadores de antorcha INDAIR KMI de puntos múltiples es el uso del principio único Coanda de las antorchas Indair. Estas toberas INDAIR de puntos múltiples son mucho más eficientes en retener y pre-mezclar el aire dentro de la llama que la tobera del quemador de la antorcha sónica convencional. El diseño Indair que es recomendado para aplicaciones que requieren altos rangos de presión es un diseño de orificio variable. El ancho del orificio (que determina el área de salida del quemador) permanece a un tamaño pequeño durante bajo flujo de gas y aumenta proporcionalmente aumenta de acuerdo al incremento del flujo de gas. Este diseño proporciona un alto rango de presión casi infinito sin producir humo y al mismo tiempo mantiene altas capacidades de flujo máximo. Este diseño Indair de orificio variable, por lo tanto, produce venteo 100% libre de humo ya sea desde tasas mínimas de flujo de diseño (purga) hasta tasas máximas de flujo. La fabricación de alta tolerancia de los quemadores fundidos protectores de antorcha INDAIR KMI con puntos múltiples permite orificios mínimos muy pequeños, lo cual proporciona un rango de presión infinito. Las llamas producidas por cada uno de los quemadores individuales de puntos múltiples permanecen delgadas y continuas bajo todas las condiciones de flujo. Esto evita cualquier posibilidad del paso de la llama entre las toberas de puntos múltiples que causan daños severos a las antorchas sónicas convencionales de puntos múltiples. Las antorchas sónicas convencionales tienen un diseño con un área de salida fija. El rango de presión sin humo para estos tipos de diseños es proporcional a la presión máxima operativa del diseño de flujo versus la presión en la que ocurre la velocidad sónica. La presión sónica para la mayoría de corrientes de gas de hidrocarburos ocurrirá a aproximadamente psi de contrapresión. Por lo tanto el rango de presión sin humo para los quemadores protectores de antorcha con área de salida fija convencional es la siguiente: Rango de presión < Presión Max. De Operación Presión Sónica Por ejemplo, si la presión máxima de diseño para un quemador protector de antorcha sónica convencional fuera 50 psi, el rango de presión sería menos de 5:1. Esto significaría que en tasas de flujo a partir de 0-20% máximo la antorcha podría producir humo. Para la mayoría de sistemas de antorcha este rango de 0-20% es la operación normal típica. Un quemador de antorcha sónica convencional por lo tanto produciría humo durante la mayoría de operaciones normales.

4 La única solución para proporcionar un rango de presión sin humo con un quemador de antorcha sónica convencional es proporcionar un diseño que cuente con quemadores protectores múltiples con varias plataformas de antorchas separadas por válvulas de control. Este tipo de diseño es por lo tanto muy costoso en instalación y mantenimiento. El diseño único del quemador de la antorcha Indair con orificio variable proporciona un rango de presión infinito sin necesidad de preparar diseños de antorchas múltiples. Un solo quemador de antorcha proporciona venteo 100% libre de humo y alta capacidad de venteo con una llama de muy baja radiación. El mecanismo accionado por resorte es extremadamente confiable, contando con un diseño similar a aquel empleado en las válvulas de alivio de seguridad. El orificio variable viene siendo utilizado en más de 200 instalaciones en todo el mundo por casi 20 años. Asimismo, siendo la antorcha libre de humo una de las características más importantes en los últimos años, el orificio variable de Indair se ha convertido en la alternativa para la mayoría de productores de petróleo y gas. Descripción del Quemador de Antorcha Indair La antorcha Indair fue desarrollada para proporcionar un quemador de antorcha de alta eficiencia, seguro y confiable para producir un diseño con venteos de baja radiación y libres de humos sin la necesidad de medios de asistencia externos tales como aire a presión o vapor forzado. Asimismo, es un diseño de antorcha con presión asistida que utiliza la energía interna dentro de las corrientes de gas de alta presión para producir una llama altamente aireada y turbulenta. La antorcha Indair utiliza el Efecto Coanda para retener y mezclar aire en la corriente de gas de hidrocarburo. El gas a alta presión es expulsado radialmente desde el orificio anular en la base del armazón Indair en forma de tulipán. En vez de continuar en forma horizontal, el gas se adhiere al perfil de Coanda y es desviado mediante 90 grados, reteniendo 20 veces su propio volumen de aire en el proceso. La pre-mezcla de aire y gas produce una combustión de los gases de antorcha muy eficiente y 100% libre de humo. La llama producida por esta combustión eficiente premezclada presenta una radiación muy baja y una llama de baja luminancia. La longitud de la llama es menos de la mitad de aquella producida por quemador de antorcha convencional. Asimismo, la llama es delgada, continua, presenta forma de lápiz, lo cual hace que no sea distorsionada fácilmente por los vientos laterales. El encendido de la llama siempre tiene lugar cerca del diámetro máximo del armazón en forma de tulipán, garantizando un encendido seguro del gas mediante pilotos externos, incluso en venteos repentinos y bajo condiciones de fuertes vientos. Se obtiene así una combustión sin humo, de baja radiación sin la necesidad de utilizar adicionalmente vapor, aire comprimido o gas combustible.

5 A diferencia de otros quemadores protectores de antorcha, la llama se propaga desde el exterior y siempre hay una capa protectora de gas de hidrocarburo que aísla al quemador Coanda. Esto evita el sobrecalentamiento del quemador y permite que sea fabricado con aceros de aleación convencionales, empleando procedimientos de soldadura normales sin la necesidad de utilizar materiales sofisticados tales como cerámica. Ventajas y Características de Operación de la Antorcha Indair Operación a Alta Presión Debido a que la antorcha Indair opera a una presión elevada cuando quema gas a alta presión (en vez de a una presión casi atmosférica como con una antorcha convencional), se puede obtener ahorros significativos en el tamaño del cabezal y en el tamaño del recipiente reductor de líquidos. Con respecto al diseño, la consideración primaria para determinar el tamaño de los cabezales de presión y de los recipientes reductores de líquidos es la velocidad del gas. El mantener una retropresión alta en el quemador logra que el gas permanezca comprimido en el cabezal corriente arriba. Esto reduce la velocidad del gas para una tasa determinada de flujo de alivio de gas. Retención y Mezcla de Aire en Forma Eficiente La eficiencia de cualquier proceso de combustión es principalmente una función de la eficiencia de la mezcla de combustible y aire. Las antorchas tubulares convencionales de baja presión emiten un cilindro de gases de hidrocarburos que dependen totalmente de la difusión natural de aire en la llama. Esto produce relativamente poca eficiencia en la combustión. Los diseños de quemadores protectores de antorchas tubulares sónicas con puntos múltiples mejoran la eficiencia al dividir el flujo entre cilindros separados más pequeños de gases de hidrocarburos y crear cierta retención de aire en la llama debido a que se emplean toberas de chorro sónico. El quemador único de Indair, basado en el Efecto Coanda, forma una capa delgada de hidrocarburo que retiene y pre-mezcla el aire antes de la combustión. La antorcha Indair, en la mayoría de los casos, produce eficiencias de combustión de más de 99.9%. La eficiencia de combustión de Indair permite alimentar cantidades adicionales de gas de baja presión a un ducto central en la antorcha y quemarlas en forma eficiente y sin humo con la antorcha principal de gas de alta presión. Operación Libre de Humo Las antorchas Indair proporcionarán combustión libre de humo de gas de alta presión durante su rango de operación especificado. Los diseños de antorchas sónicas convencionales con puntos múltiples pueden producir humo cuando producen gas de hidrocarburos pesados, gases de hidrocarburos no saturados o corrientes de gas conteniendo gotitas de líquido. El quemador de la antorcha Indair, producirá venteo sin humo de cualquier vapor de gas de hidrocarburos debido a su flama turbulenta única pre-

6 mezclada, su alta tasa de retención de aire y su técnica de combustión utilizando una capa delgada. Baja Radiación La antorcha Indair produce una llama de difusión turbulenta altamente aireada que irradia mucho menos calor que la llama equivalente producida por una antorcha tubular convencional. La reducción en la radiación se obtiene sin el uso de elementos auxiliares como vapor, aire comprimido y gas combustible. La Fracción de Calor Irradiado (F), que también es denominada Emisividad de la llama (e), es la parte de descarga total de calor de la llama que es emitida como radiación desde la llama. El factor F (o Emisividad) de las antorchas Indair ha sido medido para una amplia gama de condiciones de operación. El valor de F para las antorchas Indair varía de 0.08 a Un valor para F de 0.20 a 0.25 es empleada para una antorcha tubular tipo API. Mediante diseños de quemadores convencionales de antorcha sónica de puntos múltiples se produce un valor para F de 0.12 a Longitud de la Llama La llama turbulenta de difusión Indair con su intensidad de combustión incrementada es mucho más pequeña que la de la llama convencional equivalente. La longitud de la llama producida por una antorcha Indair es menos de la mitad que la producida por una antorcha tubular convencional tipo API. La longitud de llama corta producida por la antorcha Indair la convierte en la alternativa ideal del quemador para diseños de antorcha colocados al nivel del suelo. Estabilidad de la Llama A diferencia de la llama que es sensible al viento, producida por una antorcha convencional, la antorcha Indair produce una llama con una estabilidad altamente direccional que no es fácilmente distorsionada por vientos laterales. La llama es extremadamente estable; en efecto, las antorchas Indair han estado operando satisfactoriamente en el Mar del Norte en velocidades de viento de más de 100 mph. Excedente Líquido Hasta con las mejores instalaciones de producción/separación, se puede producir excedente líquido a la línea de antorcha, particularmente bajo condiciones de alivio por emergencia. Con antorchas tubulares convencionales o protectores de antorchas sónicas con puntos múltiples este puede ser un serio peligro potencial provocando la caída de lluvia de llamas y contaminación que puede afectar a una amplia área. El intenso corte en la zona del orificio del quemador Indair asegura la eficiente atomización de líquidos, ayudando a la vaporización y combustión. La llama Indair es capaz de quemar el 25% por peso de excedente líquido sin ocasionar derrame ni producción de humo. El quemador de antorcha Indair puede atomizar en forma efectiva

7 las partículas de líquidos que tienen un tamaño de más de 1200 micrones. Esta característica significa que, en muchos casos, la antorcha puede ser operada sin necesidad de un tanque reductor de líquido en la línea de la antorcha de alta presión. Encendido Seguro La llama de Indair siempre se enciende cerca del diámetro máximo del quemador de manera que se obtiene un encendido seguro, incluso cuando se produce un venteo inesperado y bajo condiciones de fuertes vientos. Capacidades de la Antorcha En general, la tasa de flujo de gas volumétrico (Q) mediante un quemador de antorcha sónica es una función de la presión de gas absoluta (P) en el área de salida (A) y la gravedad específica y la temperatura absoluta del gas (Sg, T). El multiplicador K es una función del diseño de antorcha y en menor grado de la composición del gas. Q = KPA (T x Sg)-0.5 Para quemadores protectores de antorchas sónicas convencionales, el área de salida A es fija, y el rango de presión se rige principalmente por el rango de las presiones que están operando: Rango de Presión = P disponible P mínima Donde el P mínimo es normalmente 10 psig aproximadamente. Con el diseño único de Indair de orificio variable (OV), el área varía linealmente con la presión. Se puede obtener radios de rango de presión mucho mayores ya que: Rango de presión = P disponible x A máxima P mínima x A mínima