Sesión técnica, sala Tuzandépetl, Inertizado de ductos mediante la utilización de sistemas de...

2do. Congreso y Exposición Internacional de Logística y Distribución de Hidrocarburos Noviembre, 2013. León, Guanajuato

INERTIZADO DE DUCTOS MEDIANTE

LA UTILIZACIÓNO DE SISTEMAS DE

GENERACIÓN DE NITRÓGENO EN

SITIO.

Darwin Oliver Rasgado Benítez

Ignacio Castro Isassi

Segundo Congreso y

Exposición Internacional de

Logística, Transporte y

Distribución de Hidrocarburos.

León, Guanajuato 2013.


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Características del Nitrógeno

• 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 78.03%


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Comportamiento del Oxígeno

• Límite de Oxígeno para la Combustión

– Influencia de la presión en la concentración mínima de

Oxígeno para generar una mezcla inflamable


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Tipo de Sistema

Nitrógeno de Membrana

• 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:

– Compresores (Adquieren Aire e Inyectan a la NPU)

– Unidad Productora de Nitrógeno (NPU) (Filtra el Nitrógeno)

– Boosters (Incrementan Presión de Inyección de Nitrógeno)


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Equipos Requeridos


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Compresores Primarios

• 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


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Compresores Primarios

• La clasificación de los compresores es nominal y la

eficiencia del motor y compresor es afectada por la

temperatura, presión atmosférica y humedad

– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación

– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F


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Unidad Productora de Nitrógeno (UPN)

• Las UPN están compuestas de 3 sub-sistemas

– 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


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– Separación de Nitrógeno: Incluye los módulos de

membrana y los componentes para la propia operación y

control de la UPN

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)


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– 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


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• Principio de Funcionamiento

– 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


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• 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


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Compresores de Alta Presión (Boosters)

• 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


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Compresores de Alta Presión (Boosters)

• La clasificación de los compresores es nominal y la

eficiencia del motor y compresor es afectada por la

temperatura, presión atmosférica y humedad

– Un decremento de 6.8% por cada 1000 ft de elevación

– Un decremento de 2% por cada incremento de 10°F


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Tipo de Sistema


• Proceso de Generación de Nitrógeno de Membrana

1

Compresores convencionales

adquieren aire de la atmósfera

y lo comprimen a una presión

de 200 – 350 psi

2 3 4

5El aire comprimido es enfriado

a una temperatura aproximada

de 80°F (27°C) antes de entrar

a la NPU

En la NPU, el aire pasa por una

serie de filtros primarios que

eliminan contaminantes

(polvo), aceite lubricante del

compresor y agua atmosférica

El flujo de aire pasa a través

del filtro de membrana donde

se realiza la separación del

Nitrógeno. Oxígeno remanente

es venteado a la atmósfera

El Nitrógeno sale de la UPN y

alimenta los boosters donde se

incrementa la presión para

poderlo inyectar hacia el pozo

P = 200 – 350 psi

T = 150 – 180 °F

QN = 6000 scfm

P = 200 – 350 psi

T = 80 – 120 °F

QN = 6000 scfm

P = 200 – 350 psi

T = 80 – 120 °F ↑

QN = 6000 scfm

P = 200 – 350 psi ↓

T = 80 – 120 °F ↓

QN = 3000 scfm

P = 1800 – 5000 psi

T = 50 – 110 °F ↑

QN = 3000 scfm


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Ventajas


Ventajas del Sistema

Membrana

-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


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Desventajas


Desventajas del Sistema

Membrana

-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


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Gracias por la atención

-Darwin Oliver Rasgado Benítez

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