Septiembre 2024
MONITOREO INALÁMBRICO DE TRAMPAS DE VAPOR
LoRaWAN y LTE(NB-IoT) son excelentes opciones para el monitoreo inalámbrico de trampas de vapor porque permiten una comunicación de bajo consumo y largo alcance. Es perfecto para instalaciones a gran escala donde se necesita monitorear equipos a grandes distancias sin usar mucha energía.
Sin embargo, existen limitaciones de LoRaWAN cuando se trabaja con miles de dispositivos en una ubicación, como una refinería. LoRaWAN está diseñado para comunicaciones de largo alcance y bajo consumo, pero tiene un ancho de banda menor en comparación con redes como LTE(NB-IoT). Esto lo hace ideal para transmitir pequeñas cantidades de datos, como actualizaciones de estado o lecturas de sensores, en lugar de grandes flujos de datos.
La limitación clave con LoRaWAN en un entorno tan denso es el riesgo de congestión de la red debido a la cantidad relativamente pequeña de canales disponibles y las restricciones del ciclo de trabajo. A medida que aumenta la cantidad de dispositivos, también aumenta el potencial de colisiones, lo que puede afectar la confiabilidad del sistema.
Por el contrario, las redes LTE (NB-IoT) o incluso las redes LTE (NB-IoT) privadas pueden gestionar más datos y más dispositivos simultáneamente. Las redes LTE serían más apropiadas si necesita transmitir mayores cantidades de datos o requiere monitoreo en tiempo real para todos los dispositivos.
Algunas soluciones para usar LoRaWAN en aplicaciones a gran escala incluyen:
- Distribuir dispositivos en múltiples puertas de enlace: esto ayuda a reducir la carga en cualquier puerta de enlace individual y minimizar la congestión de la red.
- Soluciones híbridas: Combinan LoRaWAN con otras tecnologías inalámbricas, como LTE (NB-IoT), o grupos de hasta 20 dispositivos sensores utilizando un solo transmisor LoRaWAN por grupo, para administrar diferentes tipos y volúmenes de datos al reducir hasta 20 veces la cantidad de transmisores inalámbricos necesarios, que funcionan con energía solar (ver siguientes imágenes).
Cómo ahorrar 20% de vapor en refino y petroquímica
Muchos operadores de refinerías saben que es posible aumentar sus márgenes de beneficio en un 2% con sólo utilizar el vapor de forma más inteligente, pero carecen de medios técnicos para alcanzar ese objetivo.
En los sistemas de vapor a gran escala de la industria del petróleo y petroquímica existe un enorme potencial de ahorro en vapor, emisiones de CO2 y costes de mantenimiento, especialmente en aplicaciones de traceado con vapor.
Así, una refinería de tamaño medio con 10.000 trampas de vapor de traceado, con un consumo medio de 15 Kg/hora por trampa, consume alrededor de 150.000 Kg/hora de vapor en las líneas de traceado.
La siguiente figura muestra una línea de estas líneas, que consiste en un tubo de pequeño diámetro por el que fluye vapor unido a la superficie exterior de la tubería principal o del equipo que necesita ser calentado.
Ajustando la temperatura de descarga de la trampa a 107 ºC (40 ºC subenfriamiento) mediante trampas de vapor inteligentes se consigue ahorrar 40 Kcal/Kg, reduciendo 8% el consumo de vapor. Esto no afecta la efectividad de la línea de traceado y aporta otras importantes ventajas (evita presurización de colectores de condenado, golpes de ariete térmicos y erosión en tuberías y accesorios) por lo que actualmente se ha convertido en una recomendación práctica de eficiencia energética.
Adicionalmente la trampa de vapor inteligente detecta en tiempo real fugas incipientes de vapor, que pueden ser reparadas en línea de forma muy rápida sin interrumpir su servicio. Así, en conjunto las trampas de vapor inteligentes, consiguen ahorros de vapor superiores a 20%, equivalente a reducir alrededor de 2% el coste total de refino de crudo. BiTherm garantiza estos ahorros de forma real mediante proyectos llave en bajo modelo de negocio ESCO (Energy Services Companies).
¿POR QUÉ LAS REDES DE CONDENSADO SE PRESURIZAN?
Respuesta: Ocurre por la presencia de vapor en las tuberías de retorno de condensado, ya que el volumen específico de vapor es enorme comparado con el volumen de agua, y al circular por tuberías dimensionadas solo para agua presuriza dichas tuberías.
¿Cómo llega el vapor a la red de condensado? Respuesta obvia: a causa de fugas de vapor a través de purgadores, pero otra causa menos obvia es debido a vapor de expansión generado por descargas de trampas de vapor con excesiva energía residual, como se explica en el gráfico de entalpía-presión del agua:
El punto 1 representa el estado energético del vapor saturado a presión Pv.
Cuando el vapor cede su calor latente cambia a estado líquido (punto 2) manteniendo la misma temperatura que el vapor, ya que durante el cambio de fase la temperatura se mantiene constante, aunque con un contenido energético mucho menor. Si ese condensado se descarga en la tubería de retorno a una presión Pc inferior, su estado energético (punto 3) es superior al correspondiente a la temperatura de ebullición del agua a la presión Pc (punto 4). Este exceso de entalpía del condensado (h3 – h4) es reabsorbido por el propio condensado en forma de calor latente, es decir, parte del líquido pasa al estado de vapor (conocido como vapor flash).
¿Qué efectos produce la presurización de la red de condensados?
- Reduce la capacidad de descarga de las trampas de vapor.
- Dificulta y puede llegar a impedir la recuperación de condensados.
- Genera golpes de ariete térmicos debido a implosión de burbujas de vapor en el agua.
- Erosiona tuberías y accesorios por circulación de flujos de vapor-agua a alta velocidad.
- Genera cuantiosas pérdidas económicas.
¿Cómo se soluciona este problema?
La solución actual más eficaz y rentable consiste en usar purgadores inteligentes (purgadores bitermostáticos monitorizados) capaces de controlar la temperatura de descarga (energía residual del condensado) para minimizar la generación de vapor de expansión. Esto reduce más de 8% el consumo en grandes redes de vapor. Además, los purgadores inteligentes detectan y permiten reparación rápida de fugas de vapor internas o externas, consiguiendo ahorros de vapor superiores a 20%.
BiTherm en los Medios
Hoy compartimos una excelente noticia sobre BiTherm, destacada en los medios por nuestro próximo proyecto en una refinería en Uruguay. Leer más aquí
BiTherm ha sido seleccionada para implementar nuestras soluciones avanzadas de monitorización y detección de fugas en válvulas y purgadores en una refinería en Uruguay. Este proyecto es fundamental para mejorar la eficiencia operativa y la seguridad en la refinería, contribuyendo a un entorno más seguro y sostenible.
Nuestra participación en este proyecto incluye la instalación de nuestro sistema de monitorización IoT, diseñado para detectar rápidamente cualquier fuga de vapor y gas en purgadores y válvulas. Esta tecnología innovadora permitirá a la refinería reducir costes energéticos y tiempos de inactividad, minimizar costos de mantenimiento y disminuir las emisiones contaminantes.
Este logro refleja nuestro compromiso con la excelencia y la innovación en cada proyecto que emprendemos. Estamos orgullosos de que nuestra tecnología y experiencia hayan sido reconocidas en los medios y en la industria, y estamos entusiasmados por comenzar este proyecto en Uruguay.
Purgadores para vapor sobrecalentado
Las redes de distribución de vapor sobrecalentado solo generan condensado en arranque en frío de la instalación, pero una vez alcanzadas las condiciones de régimen continuo no se produce condensado en las tuberías de distribución de vapor debido a que su temperatura es superior a la de saturación del vapor.
Por consiguiente, las trampas de vapor para redes de vapor sobrecalentado deben desalojar con rapidez grandes cantidades de condensado en arranque en frío y ser capaces de cerrar hermético al vapor en régimen continuo. Este comportamiento sólo puede ser realizado por trampas de vapor bimetálicas debido a que cierran herméticamente cuando la temperatura se aproxima a la de saturación de vapor, pero su capacidad de evacuación es muy grande en arranque enfrío y se va reduciendo a medida que aumenta su temperatura tal como muestran las curvas de caudal mostradas en la siguiente figura:
Las trampas de vapor de otros tipos no son apropiadas para vapor recalentado pues al no estar controladas por temperatura siempre pierden vapor resultando antieconómicas.
La duración de las trampas para vapor recalentado se ve afectada por sus duras condiciones de trabajo por ello debes usarse siempre monitorizadas. La ventaja de usar trampas de vapor bitermostáticas monitorizadas radica en su facilidad de reparación a coste muy reducido sin más que reajustar externamente su punto de trabajo cuando el sistema de monitorización así lo aconseja para restablecer su correcto funcionamiento sin sustituir la trampa de vapor.
Control energético de redes de condensado
El vapor es un excelente portador térmico usado masivamente en la industria. Al ceder su calor latente el vapor condensa, pero ese condensado es portador de una energía residual llamada calor sensible, que aún puede ser aprovechado.
Dado que una caloría es la energía necesaria para calentar un gramo de agua de 14,5 ºC a 15,5 °C a presión atmosférica estándar, la curva de entalpía del agua en ebullición expresada en Kcal/Kg (curva azul del gráfico) coincide prácticamente con la curva de temperatura del agua en ebullición expresada en ºC, o también curva de temperatura de vapor saturado expresada en ºC (curva violeta) ya que la temperatura permanece constante durante el proceso de cambio de estado agua-vapor.
Eso significa que controlar la temperatura del condensado es idéntico a controlar directamente la energía residual del condensado. Por tanto, debido a que las trampas de vapor termostático y bitermostático controlan la temperatura del condensado consecuentemente son las únicas capaces de controlar directamente la energía residual del condensado y por ello son las más eficientes energéticamente.
Cualquier otro tipo de trampa de vapor es operada por parámetros ajenos a la energía residual del condensado (las trampas de flotador y cubeta invertida actúan por cambios de densidad del fluido, las de tipo termodinámico actúan por variaciones de velocidad del fluido, las de tipo laberinto o Venturi actúan por expansión sucesiva del fluido) pero todas ellas son incapaces de controlar la energía residual del condensado, hecho que genera graves problemas de presurización de líneas de retorno de condensado, golpes de ariete, etc., que reducen la fiabilidad de redes de vapor/condensado, producen cuantiosas pérdidas económicas y generan significativas emisiones de CO2.
LOCALIZACIÓN DE FUGAS DE GAS EN VÁLVULAS AUTOMÁTICAS ON-OFF
En complejos petroquímicos, las llamas anaranjadas en antorchas confirman la existencia de fugas de gas de proceso, cuya localización no resulta fácil ya que habitualmente hay un número de válvulas que descargan a una antorcha común como muestra el siguiente esquema:
La torre de destilación suministra diferentes fracciones de gases proceso a las correspondientes Unidades de Proceso A, … , H. Cuando se produce algún fallo operativo en alguna de las Unidades de Proceso (p. ej. B y F) su correspondiente válvula automática On-Off descarga esos gases a la antorcha evitando para la operación de la Torre de Destilación, que continua suministrando gases de proceso a las otras Unidades de Proceso.
Una vez solucionado el problema operativo en las Unidades de Proceso afectadas (B y F), su correspondientes válvulas automáticas On-Off cierran cortando el envío de gases de proceso a la antorcha.
Sin embargo, si las válvulas automáticas On-Off pierden su estanqueidad los gases de proceso llegan a la antorcha generando costosas mermas de proceso y problemas de contaminación ambiental.
En BiTherm North America nos complace presentar nuestro sistema de monitorización IoT de última generación y no invasivo para la detección rápida de fugas peligrosas de gas de proceso en válvulas automáticas de encendido y apagado. Esta solución innovadora ofrece importantes beneficios económicos, medioambientales y de seguridad.
Obtenga más información en https://bitherm-na.com/ y dé un paso hacia un futuro más seguro y eficiente!
Localización y Detección de Fugas de Gas.
