La industria del almacenamiento criogénico y el procesamiento de hidrocarburos representa uno de los entornos más exigentes para la tecnología de medición de flujo. Al operar a temperaturas extremas que van desde -116 °C hasta la temperatura ambiente, las instalaciones que manejan gases licuados de petróleo (GLP) requieren instrumentación de precisión capaz de mantener la exactitud incluso bajo condiciones de proceso exigentes. Las modernas plantas de procesamiento de gas y las terminales de almacenamiento criogénico dependen en gran medida de soluciones avanzadas de medición de flujo para garantizar operaciones seguras, una transferencia de custodia precisa y un control óptimo del proceso.
El etano presenta desafíos de medición únicos en aplicaciones criogénicas. Al operar a temperaturas tan bajas como -116 °C en estado líquido, el etano exhibe variaciones de gravedad específica entre 552 y 568 kg/m³ y una viscosidad que oscila entre 0,18 y 0,22 cP. El fluido transita entre las fases líquida y de vapor según las condiciones de operación, lo que requiere caudalímetros capaces de manejar presiones de 3,57 a 29,1 kg/cm²G. La medición del flujo de etano es fundamental en las instalaciones petroquímicas, donde este hidrocarburo se utiliza como materia prima para la producción de etileno.
La medición del flujo de propano en aplicaciones de almacenamiento criogénico implica el monitoreo del propano líquido a temperaturas de operación entre -50 °C y +40 °C. Con una densidad de 581-585 kg/m³ en fase líquida y una viscosidad de 0,19-0,21 cP, el propano requiere instrumentación robusta capaz de soportar presiones de diseño de hasta 35,7 kg/cm²G. Los caudalímetros de propano deben adaptarse a caudales variables, desde cargas mínimas hasta un caudal máximo de 30 800 kg/h en algunas aplicaciones, lo que convierte la relación de reducción de caudal en un criterio de selección crítico.
La medición del flujo de gas hidrocarburo en sistemas de antorcha y líneas de proceso exige tecnología de caudalímetros másicos térmicos capaces de manejar tuberías de gran diámetro, hasta 36 pulgadas. Con pesos moleculares que oscilan entre 21,48 y 21,58 y factores de compresibilidad cercanos a 0,9887, estos flujos de gas requieren instrumentos que mantengan la precisión en un rango de caudales desde un mínimo de 0,1 MMSCFD hasta un máximo de 330 MMSCFD. El rango de presión de operación de 87 a 116 PSIG y las temperaturas entre 86 °F y 104 °F definen el rango para la selección del instrumento.
Los caudalímetros Coriolis son la opción preferida para la medición de etano y propano líquidos en instalaciones de almacenamiento criogénico. Estos caudalímetros másicos miden directamente el caudal másico sin necesidad de compensación de densidad, lo que los hace ideales para aplicaciones de transferencia de custodia donde se requiere una precisión de ±0,05 % o mejor. El caudalímetro másico Coriolis destaca en escenarios de medición de flujo bidireccional, cruciales en las operaciones de carga y descarga en terminales de almacenamiento.
Las aplicaciones que abarcan tamaños de línea de 4 a 20 pulgadas utilizan la tecnología Coriolis para instalaciones de medidores de flujo de etano y medidores de flujo de propano, proporcionando una medición confiable para caudales normales de 800 m³/h a 2000 m³/h en servicio de líquidos y hasta 65 000 kg/h en aplicaciones de vapor.
La tecnología de caudalímetros másicos térmicos domina la medición de gases hidrocarburos en sistemas de antorcha y líneas de proceso de gran diámetro. Los caudalímetros másicos térmicos de inserción ofrecen soluciones rentables para instalaciones de tuberías de 18 a 36 pulgadas, donde es fundamental mantener una caída de presión mínima. Estos instrumentos miden el caudal másico de gas detectando la disipación de calor de sensores calefactados, lo que proporciona una medición directa de la masa sin compensación de presión ni temperatura.
Para aplicaciones de separadores de gas de antorcha que manejan vapores de etano y propano, los medidores de flujo másico térmicos proporcionan una medición confiable a presiones cercanas a la atmosférica (0,1 kg/cm²G) en rangos de temperatura desde la temperatura ambiente.
La selección de la instrumentación de flujo adecuada requiere una evaluación minuciosa de las condiciones de diseño frente a los parámetros de operación. Los caudalímetros de etano pueden operar a -116 °C, pero deben soportar temperaturas de diseño de -118 °C a +65 °C con presiones de diseño de hasta 43,5 kg/cm²G en servicio de vapor. De manera similar, los caudalímetros de propano operan en condiciones de diseño de -52 °C a +115 °C con presiones de hasta 35,7 kg/cm²G, lo que exige materiales de construcción aptos para servicio criogénico.
Las instalaciones de caudalímetros en plantas de procesamiento de hidrocarburos deben cumplir con la clasificación de área peligrosa Zona 1, Grupo de Gas IIA, T3. Los instrumentos con certificación ATEX y clasificación antiexplosiva Ex 'd' garantizan un funcionamiento seguro en atmósferas potencialmente explosivas. El grado de protección IP 67 proporciona una protección esencial contra las condiciones ambientales, manteniendo la integridad del instrumento.
Los modernos sistemas de medición de flujo se integran perfectamente con los sistemas de control distribuido (DCS) mediante el protocolo de comunicación HART. Los transmisores inteligentes proporcionan una salida analógica de 4-20 mA con superposición digital HART, lo que permite la configuración, el diagnóstico y la monitorización remotos. Los instrumentos avanzados ofrecen capacidades de transmisión multivariable, informando simultáneamente sobre el flujo másico, la densidad, la temperatura y los valores del totalizador para optimizar las estrategias de control de procesos.
El dimensionamiento del caudalímetro debe abarcar todo el rango operativo, manteniendo la precisión en condiciones de flujo normales. Los caudalímetros másicos Coriolis suelen funcionar de forma óptima entre el 20 % y el 100 % de su capacidad nominal, mientras que los caudalímetros másicos térmicos ofrecen un rendimiento superior en rangos de medición más amplios. La evaluación de los caudales mínimo, normal y máximo garantiza que los instrumentos seleccionados mantengan la precisión especificada en todo el rango operativo. Adjuntamos una hoja de dimensionamiento típica para un caudalímetro Coriolis para la medición del flujo de etano .
Las consideraciones sobre la caída de presión admisible influyen significativamente en la selección del caudalímetro, especialmente en sistemas alimentados por gravedad y aplicaciones de baja presión. Los caudalímetros Coriolis suelen imponer una caída de presión máxima de 0,3 kg/cm², mientras que los caudalímetros másicos térmicos prácticamente no ofrecen ninguna restricción al flujo. Comprender la hidráulica del sistema previene la cavitación en servicio con líquidos y garantiza una presión adecuada aguas abajo para los requisitos del proceso.
Para mantener la precisión de las mediciones, es necesario realizar calibraciones periódicas con patrones de referencia certificados. Los caudalímetros másicos Coriolis se benefician de la calibración de fábrica con agua o hidrocarburos ligeros, con especificaciones de precisión que incluyen linealidad, histéresis y repetibilidad. Los certificados de calibración, que documentan las condiciones de prueba, los registros de presión y la verificación del rango, garantizan la trazabilidad para las aplicaciones de transferencia de custodia.
La selección de la tecnología de medición de flujo adecuada para aplicaciones de etano, propano y gases de hidrocarburos exige un conocimiento exhaustivo de las condiciones del proceso, las propiedades de los fluidos y los requisitos operativos. Los caudalímetros másicos Coriolis ofrecen una precisión inigualable para la transferencia de custodia de líquidos, mientras que los caudalímetros másicos térmicos proporcionan soluciones rentables para la monitorización de gases en tuberías de gran diámetro y sistemas de antorcha.
El éxito en el almacenamiento criogénico y el procesamiento de hidrocarburos depende de una instrumentación de flujo fiable que mantenga su rendimiento en temperaturas extremas, amplios rangos de presión y condiciones de flujo variables. Al adaptar la tecnología de los caudalímetros a los requisitos específicos de cada aplicación, los operadores logran una precisión de medición óptima, el cumplimiento de la normativa y una eficiencia operativa superior en estos exigentes entornos industriales.
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