Medición de flujo en el procesamiento criogénico y de hidrocarburos

¿Por qué el almacenamiento a baja temperatura y el procesamiento de hidrocarburos son tan difíciles de manejar?

Quienes han trabajado en el almacenamiento a baja temperatura y el procesamiento de hidrocarburos saben que esta tarea no es fácil. La temperatura puede descender hasta -100 grados Celsius, y el gas licuado de petróleo (GLP) circula por el ducto. Un pequeño error podría provocar un accidente grave. No es fácil para un caudalímetro medir con precisión en condiciones criogénicas tan extremas.

Industria de almacenamiento criogénico y procesamiento de hidrocarburos

Las plantas de procesamiento de gas y los tanques de almacenamiento de baja temperatura actuales dependen completamente de estos medidores de flujo criogénicos para garantizar una operación segura, una transferencia precisa y el control del proceso. Elegir el instrumento adecuado ahorra tiempo y esfuerzo; una mala elección puede traer problemas.

Tres medios principales, cada uno con su propio temperamento

El etano líquido es el líquido más difícil de medir.

Medidor de flujo criogénico de etano

El etano, en estado líquido, puede enfriarse hasta -116 °C, con una densidad que fluctúa entre 552 y 568 kg/m³ y una viscosidad que varía en consecuencia. Lo que resulta aún más problemático es que puede estar en estado líquido en ocasiones y en estado gaseoso en otras, con presiones que oscilan entre 3,5 y 29 kg/s. Las plantas petroquímicas lo utilizan como materia prima para producir etileno, por lo que las mediciones de caudal no pueden tomarse a la ligera.

La medición del caudal de propano líquido es relativamente mejor, pero tampoco es sencilla.

Medidor de flujo de propano

La temperatura de trabajo del propano líquido se encuentra entre -50 °C y 40 °C, lo que la hace más suave que la del etano. Su densidad, de 581 a 585 kg/m³, y su viscosidad, de 0,19 a 0,21 cp, parecen bastante estables. Sin embargo, el problema radica en la gran variación del caudal, que va desde muy pequeño hasta más de 30 000 kg/h, lo que requiere una relación de rango del caudalímetro lo suficientemente amplia. La presión de diseño puede alcanzar los 35 kg de fuerza, y el material también debe ser capaz de soportarla.

Las tuberías de gran tamaño son un problema para los gases de hidrocarburos

Medidor de flujo de gas de hidrocarburos

La medición de gas en el sistema de soplete utiliza tuberías de hasta 24 o 36 pulgadas de diámetro. El peso molecular del gas es de aproximadamente 21:00, el coeficiente de compresión es de 0,9887 y el caudal oscila entre 0,1 y 330 millones de metros cúbicos estándar por día. La temperatura no es extrema, ronda los 30-40 grados, y la presión es de tan solo 6-8 kilogramos.

Dos medidores de caudal principales, cada uno con sus propias ventajas

Medidor de caudal Coriolis: caro pero útil para propano líquido y etano

Para medir etano y propano líquidos, el caudalímetro Coriolis es el más fiable. Mide directamente el caudal másico sin preocuparse por las variaciones de densidad, con una precisión de ±0,05 % o superior, lo que lo convierte en el más adecuado para la transferencia de custodia. Al cargar y descargar materiales, se pueden medir ambos lados, lo cual resulta especialmente práctico.

¿Por qué los ingenieros de instrumentos prefieren usarlo?

-No importa cómo cambie la densidad del propano o etano líquido, el flujo másico medido siempre es preciso y directo.
-Amplia relación de rango, buena precisión desde caudales pequeños hasta caudales grandes.
-Un sensor de flujo puede medir densidad, temperatura y viscosidad, ahorrando varios sensores.
-No hay partes móviles, por lo que básicamente no hay necesidad de mantenimiento.
-El medidor de flujo criogénico tiene un funcionamiento estable incluso a temperaturas inferiores a menos 100 grados Celsius.

Puede contener tubos de 3/8 de pulgada a 10 pulgadas, con un volumen de líquido de 800 a 2000 metros cúbicos por hora y un volumen de gas de más de 60000 kilogramos por hora.

Medidor de caudal másico térmico

Medidor de caudal másico térmico: una opción económica para tuberías grandes

Los medidores de flujo térmico son los más rentables para medir gases, especialmente en tuberías de gran tamaño. Su instalación por inserción es práctica y presenta una pérdida de presión prácticamente nula, lo cual es especialmente importante para sistemas de antorcha de baja presión. Su principio consiste en utilizar una sonda calefactada para medir la velocidad de disipación de calor y calcular el caudal, generando directamente el caudal másico sin necesidad de compensación de presión y temperatura.

¿Cuáles son sus beneficios al utilizar medidores de flujo másico térmico para hidrocarburos?
-Medición directa de la calidad del gas, ahorrando tiempo
-Se pueden medir con precisión incluso caudales bajos
-Se puede medir desde 0,1 millones de metros cúbicos estándar por día hasta varios cientos de millones de metros cúbicos estándar.
-Es barato de instalar y fácil de mantener.
-Puede interactuar con el sistema DCS mediante el protocolo HART
-También puede mostrar el peso molecular en tiempo real, lo cual es bastante útil.

Un medidor de caudal térmico es más adecuado para lugares cercanos a la presión atmosférica, como los tanques de separación de antorchas.

Preste atención a estos puntos al elegir un medidor de flujo

La presión y la temperatura no deben depender únicamente de las condiciones de trabajo

No se limite a considerar la temperatura y la presión durante el funcionamiento normal; debe considerar el límite de diseño. Aunque el caudalímetro de etano líquido opera a -116 °C, está diseñado para soportar una presión de 43,5 kilogramos desde -118 °C hasta 65 °C. También se utiliza propano líquido, con temperaturas desde -52 °C hasta 115 °C, con una fuerza de 35,7 kilogramos. El material debe seleccionarse correctamente y no debe ser frágil a bajas temperaturas.

A menudo se necesitan medidores de caudal ATEX

Esta situación corresponde a una zona peligrosa de Zona 1, con grupo de gases IIA y grupo de temperatura T3. El caudalímetro debe contar con certificación ATEX y un nivel de protección antideflagrante Ex'd. También se requiere un nivel de protección IP 67; de lo contrario, podría dañarse por el agua y el polvo.

La salida de señal del medidor de flujo debe poder acoplarse

Ahora todos están conectados a sistemas DCS y el protocolo HART es estándar. Al agregar una señal analógica de 4-20 mA y una señal digital HART o MODBUS RTU, se pueden configurar parámetros y consultar la información de diagnóstico de forma remota. Los medidores de flujo digitales avanzados o los medidores de flujo analógicos de baja temperatura pueden transmitir múltiples datos simultáneamente, incluyendo caudal, densidad, temperatura y medición acumulada, lo que facilita su control.

Varias consideraciones para la instalación

No se centre únicamente en el caudal máximo al elegir un caudalímetro adecuado

Muchos ingenieros basan sus listas únicamente en si el caudal máximo es suficiente, lo cual es incorrecto. Depende de tres puntos: caudal mínimo, caudal normal y caudal máximo. Los caudalímetros Coriolis suelen tener mayor precisión en un rango del 20 % al 100 %, mientras que los caudalímetros térmicos tienen un rango más amplio. Solo cuando los tres puntos de caudal se encuentran dentro del rango de precisión, se puede considerar que esta tabla está seleccionada correctamente.

La caída de presión no se puede ignorar

Especialmente en sistemas de flujo por gravedad o de baja presión, la caída de presión es muy letal. El caudalímetro Coriolis puede reducir la fuerza hasta 0,3 kilogramos, mientras que el de tipo térmico apenas reduce la presión. Una vez realizados los cálculos, vuelva a elegir; de lo contrario, el líquido se vaporizará fácilmente, la presión aguas abajo será insuficiente y todo el sistema se desestabilizará.

Los certificados de calibración deben estar completos

Es fundamental garantizar la precisión y la calibración regular. Los caudalímetros Coriolis suelen calibrarse con agua o hidrocarburos ligeros antes de salir de fábrica. Se entrega un certificado de calibración que incluye las condiciones de prueba, los registros de presión y la verificación del rango. Para la entrega comercial, este certificado debe estar presente y ser trazable.

Para resumir

La elección de medidores de flujo para etano líquido, propano líquido y gases de hidrocarburos requiere una comprensión clara de las condiciones del proceso, las propiedades del fluido y los requisitos reales.

Entrega comercial de líquidos: aunque el caudalímetro Coriolis es caro, ofrece alta precisión, es sencillo y ofrece una excelente relación calidad-precio. Para la medición de gases en tuberías de gran tamaño, los caudalímetros térmicos son los más rentables, con baja caída de presión y una instalación y un mantenimiento económicos.

La industria de procesamiento de hidrocarburos y baja temperatura se caracteriza por temperaturas extremas, grandes cambios de presión y un amplio rango de caudal. Sin caudalímetros confiables, es prácticamente imposible. La selección del reloj es correcta, la medición es precisa, cumple con las especificaciones y el sistema es estable, lo que supone un ahorro considerable en comparación con la diferencia de precio del reloj.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Aún necesita un caudalímetro Coriolis de baja temperatura para medir el propano a temperatura ambiente? ¿Es demasiado caro?

Respuesta: Es absolutamente necesario. Aunque esté a temperatura ambiente, la densidad del propano varía con la temperatura. El caudalímetro Coriolis mide directamente la masa sin afectar la densidad, con una precisión de ± 0,05 %. Esta precisión es necesaria para la transferencia. Además, puede medir la densidad y la temperatura por sí solo, ahorrando así el coste de comprar otro medidor. Tras el cálculo, no supone ninguna pérdida.

P2: ¿Qué medidor se usa para medir el gas en una tubería de antorcha de 24 pulgadas a temperatura ambiente? Las placas de orificio son económicas, ¿por qué no usarlas?

Respuesta: Los medidores de caudal másico térmico son los más adecuados. Resultan rentables para tuberías grandes, ya que miden directamente el caudal másico sin compensación de presión ni temperatura. La clave es que apenas disminuye la presión, y el sistema de antorcha ya está a baja presión y no puede disminuirla. Aunque las placas de orificio son económicas, la pérdida de presión permanente es demasiado grande, lo que impide su uso en sistemas de baja tensión.

P3: ¿Cuál es la utilidad de la "visualización del peso molecular en tiempo real" en el medidor de flujo térmico?

Respuesta: Esta función es bastante práctica. Los medidores de flujo pueden detectar cambios en el peso molecular del gas, y un cambio en el peso molecular indica un cambio en la composición del gas. Si hay problemas con el proceso o cambios en la alimentación, puede detectarlos con antelación, lo que equivale a contar con múltiples métodos de monitoreo. El operador observó este número con confianza.

P: ¿Tiene una opción más económica que Coriolis para líquidos a temperatura ambiente que no requieren una precisión especialmente alta?

Respuesta: Sí, los medidores de vórtice, de turbina y de engranajes elípticos son más económicos. Pero estos medidores miden el caudal volumétrico, y para calcular la masa se necesitan densímetros de alta precisión, termómetros y un integrador de flujo. El sistema se ha vuelto más complejo y presenta más fuentes de error. Si no hay escasez de recursos, sería más conveniente usar el método Coriolis.