Medicion de H20, H2S y CO2 con Analizadores de Laser ... de h20, h2s y co2... · Proceso de aminas para remoción de CO2 (+H2S) ... Mercurio ... O con 2 analizadores al mismo tiempo

05/11/2016

Products Solutions Services

Medición de H20, H2S y CO2 con Analizadores de Laser Sintonizable (TDLS)

Slide 1

05/11/2016

AREAS DE MEDICION DEL GAS NATURAL

EXTRACCIÓN Y COMPRESIÓN

TRATAMIENTO Y FRACCIONAMIENTO

Transmision

ALMACENAJE

PRODUCCÓN Y SEPARACIÓN

DISTRIBUCIÓN

Slide 2 SpectraSensors

05/11/2016

Medicion de los contaminantes del Gas Natural

• Humedad (H2O) • Max= 150 ppmv*

• Rango Típico = 0-422 ppmv

• Sulfuro de hidrogeno(H2S) • Max = 4.5 ppmv*


• Bióxido de Carbono(CO2) • Max = 3%*

• Rango Típico = 0-5%

• Oxigeno (O2)* • Max = 2000 ppmv*


* información obtenida de NOM-001-SECRE-2010,

Medir los contaminantes para alcanzar los requerimientos para la transferencia de custodia y el control del proceso así como evitar daño en los activos.


05/11/2016

Analizadores SpectraSensors TDL

Analizadores individuales y multicanal para aplicación de

Gas natural H2O, CO2, H2S

Analizadores individuales para Gas Natural, Gas de proceso, GNL, Refinación

y Aplicaciones con Olefinas H2O, CO2, H2S, NH3, C2H2

+Aplicaciones para trazas


05/11/2016

• Pioneros en los analizadores de Espectroscopia de diodo laser sintonizable (TDL)

• Tecnología desarrollada para la medición deH2O por la NASA para la misión Mars Rover.

• El mismo grupo de científicos fundan Spectra-Sensors en 1999 para desarrollar la tecnología TDL con un uso comercial.

• EN 2001 Spectra Sensor desarrolla la tecnología de medición de H2O para la medición de gas natural teniendo unos excelentes resultados.

• La tecnología de H2O para Gas Natural se a convertido en la tecnología predominante para la transferencia de custodia y control de proceso debido a :

• Exactitud

• Velocidad de respuesta.

• Confiabilidad.

• Inmunidad a contaminantes.

• Ser casi libre de mantenimiento,

• No requerir consumibles

• En 2012 SpectraSensor se integra a la Familia Endress+Hauser

SpectraSensor

[ 5 ]


05/11/2016

Componentes tipicos de una Analizador TDL

Espejo plano

Cabezal óptico TEC

Laser

Detector

Ventana

entrada

Salida Sensor de presión

Laser y detector

Detrás de una ventana

Celda de Flujo


05/11/2016

El componente más importante en un analizador TDL “Los analizadores de diodo laser sintonizable (TDL) Generan una luz de precisión desde dimensiones microscópicas (1µmx2.5µm) – Mucho mas pequeño que un cabello humano (40µm-120µm)

El Laser en la punta de un dedo y una vista superior aumentada

Laser emisor~ 1µmx2.5µm

Comparativa de un cabello humano de 40µm to 120µm

.


05/11/2016

Absorción Espectroscopica

• La absorción esta en función de (concentración ,distancia, y la absorbancia) • Mientras la concentración (c) incremente La absorción incrementa • Mientras la distancia (l) incrementa La absorción incrementa

Fuente de Luz

Detector de Luz

Muestra

I1 < I0


05/11/2016

Absorción espectroscopica de Diodo Laser Sintonisable

• Los analizadores TDl usan un Rayo láser enfocado en un determinado rango.

• La luz es trasmitida a través del flujo de gas contenido en la celda de muestreo.

• La luz se refleja de regreso en un detector. • La luz es medida para determinar la perdida causada por la absorción de las

moléculas. • Las moléculas deseadas van a absorber un especifica longitud de

onda (color) o Luz

Refleccion simple Multipasos


05/11/2016

Absorcion espectroscopica TDL

Espectro de humedad contra espectro de Metano– ¿Existe interferencia?

Aumento: pico de humedad @ 1877nm, no hay interferencia de Metano!

Por lo que no requiere una referencia de Humedad para rastrear el pico.

H2O

Metano


05/11/2016


Medición en Gas Natural de H20 & CO2


05/11/2016

Causa raíz de la falla en los ductos Técnicas poco confiables para la medición de agua en gas natural.

¿Por qué medir H2O en Gas Natural?

Ducto en llamas

Prevenir la corrosión interna.

Sección fracturada de un ducto

Vista microscopica de La corrosión

Corrosion pitting on inside of pipe


05/11/2016

Formación de hidratos

• Metanol inyectado para evitar hidratos

• Llega a requerir despresurización o limpieza del ducto(pigging)

• Perdida de producción y de seguridad

• Los analizadores de cristal de cuarzo y Oxido de Aluminio son influenciados pot metanol y glicol en las líneas de gas.

Hielo –como Cristales solidos

Se forma cuando el gas natural entra en contacto con agua a alta presión y la

correcta temperatura.



05/11/2016


Tarifas / Transferencia de custodia.

• En los contratos se especifica un nivel de H2O, CO2, H2S…

• Maximo H20 in México . = 150ppmv

• Los productores o concentradores deben resolver el problema o el cliente puede reclamar un precio más bajo del gas o penalizaciones.

• Perdida de producción o actividades no planeadas pueden ser costosas.


05/11/2016

Remoción de H2O & CO2 para tratamiento de gas. El gas es recibido del centro de producción o extracción y tratado por un sistema basado en Glicol para remover el agua y/o un sistema basado en

aminas para remover el CO2( y el H2S), antes de empezar el envió Downstream al centro de compresión, proceso o medición para la venta.


05/11/2016

Sistema de Glycol para deshidratación de Gas natural

• La deshidratación con Glicol es uno de de los procesos más usados en el campo y en las plantas NGP.

• La deshidratación con Glycol es

adecuada para cumplir con las especificaciones de producto para los ductos , remoción de NGL y control del Dew Point.


05/11/2016

Proceso de aminas para remoción de CO2 (+H2S) (“endulzamiento”)

Los sistemas basados en aminas remueven efectivamente CO2 & H2S de la mayor parte del gas de extracción y del gas de

fraccionamiento. Slide 17 SpectraSensors

05/11/2016

Teconologías para la medición de humedad.

• Tecnologías de medición: • Microbalance de Crystal de Cuarzo • Sensor de Oxido de Aluminio • Electroquímicos • Pentoxido de fosforo. • Espejo enfriado. • Espectroscopia de Diodo Laser Sintonisable(TDLS)


05/11/2016

Interferencia por contaminantes en los analizadores de H2O.

Contaminantes fase gas Al2O3 P2O5 Cristal

De Cuarzo

Espejo

enfriado

Sensor

TDL

Metanol

Glicol

Amina

Mercurio

H2S

HCl

Cloro

Amonia

= Analizadores no afectados

=Puede causar daño permanente

= Puede causar lentas y malas lecturas

05/11/2016

El agua atrapada en la parte interna causa medidas altas

El agua atrapada en la parte externa causa medidas bajas

Contaminación de la superficie: Genera que la misma ya no sea efectiva

Analizadores de Oxido de Aluminio

Metanol y glicol detectado como agua


05/11/2016

Interferencias causadas

por glicol y metanol

Moléculas de agua Otras moleculas

Microbalance de Cristal de Cuarzo

El sistema de permeación calibra el cristal de cuarzo pero este es dependiente de P,T Y del flujo.

La composición del gas natural es cambiante, lo cual produce un cambio en la densidad con cambios en el flujo lo que cambia la permeación del gas.


05/11/2016

• SS2000e diseñado para la medición de la calidad del gas natural en los sitios de transferencia de custodia.

• SS1000 Equipo portátil diseñado para análisis periodicos o para programas de validación en campo.

• +/-1 ppm or +/-1%de la lectura , lo que sea mayor.

Analizadores SpectraSensors H2O


05/11/2016

Pruebas de velocidad de respuesta

1

10

100

1000

10000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

PPM

v

Minutos

SS2000 tiempo de respuesta

95% cambio en <10 Seg


05/11/2016

Comparación entre TDL y Cristal de Cuarzo con Metanol

• Monitoreo de H2O con 2 analizadores al mismo tiempo en la misma línea de gas natural.

• El Metanol no afecta a la medición con TDL.

• El cristal de cuarzo no puede diferenciar entre H2O y metanol dando una falsa lectura de la concentración de H2O.

• El mismo efecto ocurre con el Glicol

02468

10121416

Time

Lbs/

MM

SCF

02468

10121416

Time

Lbs/

MM

SCF Laser

Methanol

VQCLaserLaserMethanolMethanol

VQCVQC


05/11/2016

Traslape de un analisis de H2O en methano puro y de H2O en Matano con 100ppm de metanol utilizando TDL

No hay cambio en el espectro de ambas mediciones.

El analizador TDL responde selectiva y específicamente al H2O.


05/11/2016


Medición de H2S


05/11/2016

¿Porque Medir H2S?

Falla en tuberías: H2S, & CO2 con la presencia de H2O crea una mezcla corrosiva que ataca y daña las tuberías o gasoductos. Riesgo para la salud: H2S es altamente toxico y puede causar la muerte incluso en rangos de concentración bajos

Corrosión & Riesgo para la Salud


05/11/2016

¿En que puntos realizar la medición de H2S?

• Tuberías de Transmisión (Gasoducto) • Puntos de Transferencia de Custodia • Estaciones Compresión • Cavernas de almacenamiento • Tratamiento de Gas (Endulzamiento) • Procesamiento de Gas (Fraccionamiento) • LNG para almacenamiento


05/11/2016

Diseño del analizador de H2S

Acondicionamiento de Muestra Celda de medición

Calentador Depurador

Rangos de H2S 0-20 ppm & hasta 70%


05/11/2016

H2S

CO2

H2O

Multi-Componente de Medición para análisis de Calidad del Gas


05/11/2016

Analizador TDL de H2S Ventajas: • Sin reemplazo de Cinta, ruptura y eliminación de desechos Tóxicos

(no maneja consumibles) • Mas accesible en compra y mantenimiento comparado con un

Cromatógrafo de Gases • Respuesta Rápida • Bajo Mantenimiento Puntos a tomar en cuenta: • Mayor precio de compra comparado contra la tecnología de Cinta

de acetato de plomo (Obsoleta) • El depurador de H2S requiere reemplazo cada 5 años • Consumo de energía 120/240 VCA a 300 W o 18-24 VCD a 1.6A (a

considerar en sitios de bajo consumo)


05/11/2016

Medición TDL de H2S para bajas Concentraciones

Cabeza Óptica Laser Detector

Ventana

Celda de Medición

Entrada de muestra

Salida de muestra

Sensor de Temperatura

TEC (control de Temperatura del Laser)

Espejo B

Sensor de Presión

Espejo A


05/11/2016

Espectroscopia Diferencial (Patente de Spectra)

Espectro

Sustraído A

bsor

banc

ia

Corriente con H2S

Sin Flujo

Depu

rado

r

Celd

a de

Esp

ectr

ómet

ro

Longitud de Onda

Abs

orba

ncia

del

H2S


05/11/2016

Espectroscopia Diferencial (Patente de Spectra)

Longitud de Onda

Depu

rado

r

Corriente con H2S

Corriente con H2S a la salida del depurador

Sin Flujo

Abs

orba

ncia

Logra una medición mas sensible y remueve los

efectos de fondo


Celd

a de

Esp

ectr

ómet

ro

05/11/2016

Depurador de H2S

• Tiempo de vida del depurador: • Tiempo de vida de diseño: 5-10

años • Alarmas de software cuando se

aproxima al porcentaje programado de vida útil.

• Indicador visual de desgaste

• Material del depurador: • Material de Nano partículas de

cobre • No es material peligroso • Sin restricciones para su

desecho Slide 35 SpectraSensors

05/11/2016

Técnicas de Medición H2S • Electroquímico

– Bajo Costo – Susceptible a daño por los componentes del natural, normalmente usado en monitores de

área (air)

• Cinta de Acetato de plomo – Costo bajo inicial, Alto Mantenimiento (reemplazo de partes permanente) – Buena sensibilidad pero posibles falsos positivos

• Cromatógrafo de Gases – Alto costo, Alta complejidad, usa gas de arrastre (Consumible permanente) – Respuesta lenta, 3-5 minutos para actualizar lectura o mas

• Fotómetro Ultravioleta (UV) – Rango de costo medio – Interferencia con otras especies de sulfuros y matriz de fondo – Partes de Repuesto (lámparas, rueda de filtros, fotomultiplicadores, columnas)

• Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) – Rango de costo medio + bajo mantenimiento – Buena confiabilidad y respuesta de la medición – Tiempo de respuesta rápido comparado con otras técnicas – Reemplazo del depurador cada 1-2 años (solo en concentraciones muy bajas ppm)


05/11/2016

* Fuente: ISA-AD 2010, Harris, Harris, & Admin, AMETEK P&AI

* * *

TDLAS

Tiempo de Respuesta de Tecnologías Análisis de H2S

H2S (GC mejor caso) H2S Spectra Sensors SS2100

H2S (GC peor caso)


05/11/2016

Tecnología Electroquímica

• Sensor Electroquímico • Compacto y económico • Decae con el tiempo,

requiere re calibración • Generalmente usado

como monitores área


05/11/2016

Tecnología de Cinta de Acetato de Plomo

• Cinta de Acetato de Plomo • Rango de precio medio • Demasiado mantenimiento – cambio

de la cinta, re calibración, llenado de acido acético, reemplazo del cabezal, reemplazo del carrete

• Rotura de la cinta o la saturación de los trastornos del proceso

• Eliminación de materiales peligrosos (residuos contaminantes)


05/11/2016

Fotómetro Ultravioleta

• Unidades de costo alto • Exactitud de 5% para rangos bajos debajo

de 25 ppm • Fuente de luz que se degrada con el

tiempo • Por el precio algunos clientes compran

lámparas equivalentes sin el mismo rendimiento

• Requiere “Cromatografía Frontal Elución” para evitar interferencias


05/11/2016



Acondicionamiento de Muestra para Analizadores Extractivos

05/11/2016

Estándares de la Industria

• API 14.1 la muestra extraída debe estar a 17°C (30°F) por encima del punto de rocío de hidrocarburos.

• ASTM D5503 “muestra de vapor debe mantenerse al menos 10 ° C (18 ° F) por encima de la temperatura del punto de rocío de hidrocarburos para evitar la condensación de la muestra.

05/11/2016

¿El Gas Natural es Gas Natural? NO!

Dependiente de la Composición de la corriente El gas natural puede variar de un sitio a otro

Obtener la composición de la corriente desde el Analizador de punto de muestra.

Extracción de la Muestra & Preacondicionamiento


05/11/2016

Fundamentos del Diagrama de fase

1. Región Líquida

3. Fase de Envoltura “Región Multifasica”

Punto Critico

Cricondenbar

2. R

egió

n de

Vap

or

Cricondentherm

A

B

C

D

E

4. Región Supercrítica del Fluido


05/11/2016

Curvas de fase Típicas


05/11/2016 Slide 46 SpectraSensors

Soluciones de Extracción de la Muestra & Pre acondicionamiento Especifico a sus criterios de aplicación

05/11/2016

Ejemplos de Escenarios Instalación

Escenario 1

PONY

GPR GPR

Calentada Sin Calefacción

Escenario 3.1 Escenario 4

Escenario 2

GP2

PONY

Distribución de Analizadores

GP2

PONY

SS2000e SS2000e

SS2000e

SS2000

P53 DM

P53 RM GP2

P53 FUW SS2000

Escenario 3.2


05/11/2016

Soluciones de medición de Spectra Sensors

Soluciones de Medición

Analizadores

Valor Agregado

Servicios


05/11/2016

Valor Agregado: Soluciones Completas de Ingeniería

Completas soluciones de ingeniería analizadores con equipos auxiliares montados en la fábrica • Enviado parcial o completamente montado • Iluminación, distribución de energía, PLC, etc.

Gabinetes Refugios de 3 lados Bastidor con parasol


05/11/2016

Servicios

Suporte de Fabrica: • Dibujos Aprobados • Pruebas FAT Departamento de Servicio : • Puesta en marcha y

comisionamiento • Soporte técnico Remoto vía

telefónica y correo electrónico • Entrenamiento en sitio para la

operación del analizador • Pruebas SAT


05/11/2016

Clientes Satisfechos de Spectra Sensors


Documents

Medicion de H20, H2S y CO2 con Analizadores de Laser ... de h20, h2s y co2... · Proceso de aminas para remoción de CO2 (+H2S) ... Mercurio ... O con 2 analizadores al mismo tiempo