Inertizado de ductos con nitrógeno de membrana

Segundo Congreso y
Exposición Internacional de
Logística, Transporte y
Distribución de Hidrocarburos.

León, Guanajuato 2013.

INERTIZADO DE DUCTOS MEDIANTE
LA UTILIZACIÓNO DE SISTEMAS DE
GENERACIÓN DE NITRÓGENO EN
SITIO.
Darwin Oliver Rasgado Benítez
Ignacio Castro Isassi
2do. Congreso y Exposición Internacional de Logística y Distribución de Hidrocarburos

Noviembre, 2013. León, Guanajuato

• 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

Inertizado de ductos

Características del Nitrógeno

78.03%



Comportamiento del Oxígeno
• Límite de Oxígeno para la Combustión


– Influencia de la presión en la concentración mínima de
Oxígeno para generar una mezcla inflamable



Tipo de Sistema

• 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:


Nitrógeno de Membrana

– Compresores (Adquieren Aire e Inyectan a la NPU)
– Unidad Productora de Nitrógeno (NPU) (Filtra el Nitrógeno)
– Boosters (Incrementan Presión de Inyección de Nitrógeno)



Equipos Requeridos



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



• Compresores Primarios


Compresores Primarios

– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación
– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F



• La clasificación de los compresores es nominal y la
eficiencia del motor y compresor es afectada por la
temperatura, presión atmosférica y humedad



Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)

– 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



• Las UPN están compuestas de 3 sub-sistemas




 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)


– Separación de Nitrógeno: Incluye los módulos de
membrana y los componentes para la propia operación y
control de la 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





– 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


• 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



• Principio de Funcionamiento



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



• Compresores de Alta Presión (Boosters)



Compresores de Alta Presión (Boosters)

– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación
– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F



• La clasificación de los compresores es nominal y la
eficiencia del motor y compresor es afectada por la
temperatura, presión atmosférica y humedad


Tipo de Sistema


1
2

3

4

P = 200 –– 5000 psi
1800 350 psi ↓
T = 150 – 180 °F
50 110
80 – 120 °F ↑
↓
QN = 6000 scfm
3000


• Proceso de Generación de Nitrógeno de Membrana

5

Enflujo de aireconvencionales
El aire comprimidopasaUPNuna
Compresores airede a través y
Nitrógeno sale es enfriado
la NPU, el pasa la por
alimenta los boosters donde
del filtro filtros de aproximada
serie temperaturala atmósfera
a unade de membrana donde
adquieren aire primarios que se
incrementa separación
se comprimen a una presión
eliminan contaminantes entrar
de realiza lala presión para
y lo80°F (27°C) antes dedel
poderlo aceite lubricante del
Nitrógeno.
(polvo), inyectar
a la NPU Oxígeno remanente
de 200 – 350 psihacia el pozo
es venteado agua atmosférica
compresor y a la atmósfera


Ventajas


Ventajas del Sistema
-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



Membrana


Desventajas


Desventajas del Sistema
-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



Membrana



-Darwin Oliver Rasgado Benítez



Gracias por la atención


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