Detección y cuantificación de escapes degas natural mediante técnicas de

espectrometría infrarroja y correlación deimágenes en tiempo real

Zulemy Berbesí, Rosa Alvarado, William Beaujon

Francisco A. Maldonado y Julio C. Ohep

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

Introducción

• Detección y cuantificación de fugasgaseosas

• En gasoductos, plantas, tanques, equipos,chimeneas, camiones cisterna y otrasfuentes

• Permite resolver situaciones que impactanla seguridad, la calidad y la economía de lasoperaciones

Instrumentos tradicionales

• Sensores electro - químicos• Sensores de estado sólido• Tubos colorimétricos• Sensores de papel• Sensores catalíticos• Sensores infrarrojos• Sensores foto - ionizadores

Instrumentos tradicionales…

• Sensores electro - químicos– Cualquier gas que pueda ser oxidado o reducido electro-

químicamente. 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 bajasconcentraciones)

– Desventajas: sensibles a la humedad, propensos a interferenciasEMF/RFU, propensos a interferencias de hidrógeno, no detectagases combustibles

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

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 resultadosen forma directa

– Desventajas: propensos a interferencias de otros químicossimilares, poco precisos, sólo pueden analizar un gas a la vez

• Sensores de papel

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, nodetectan gases tóxicos, son propensos a envenenamiento, susensibilidad disminuye a altas concentraciones

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 volumende gas

– Aplica para gases cuyas moléculas están formadas por dos o másátomos diferentes

– Ventajas: no requieren estar en contacto con el gas a medir, puedenmedir 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, estáncalibrados para un solo gas

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, sonexcelentes para lecturas periódicas y aplicaciones portátiles

– Desventajas: tiempo de vida limitado por la lámpara, frecuencia demantenimiento elevada, no son recomendados para uso contínuo,son de construcción frágil y propensos a dañarse con facilidad

Espectrometría IR concorrelación de gas

• Permite detectar, identificar, visualizar,grabar y cuantificar plumas de gas en laatmósfera, producidas por emisionesindustriales o por fugas, tanto en plantas deprocesamiento o compresión de gas, comoen gasoductos…

• De forma móvil o estacionaria

¿Cómo funciona?

Telescopio Cassegrianode doble imagen C‡mara CCD

Celda de gas

C‡mara IR confiltro espectral

PC con procesador deim‡genes en tiempo real

QuickTime™ and aTIFF (LZW) decompressor

are needed to see this picture.

¿Cual chimenea fuga etileno?

QuickTime™ and aTIFF (LZW) decompressor

are needed to see this picture.

Sistema integrado GasOptics

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

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

Gases diferentes al mismo tiempo

¿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

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

QuickTime™ and a decompressor

are needed to see this picture.

Combustión incompleta de etileno

QuickTime™ and aCinepak decompressor

are needed to see this picture.

Fuga de gas de una bombona