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Galvanic Applied Sciences. Galvanic Applied Sciences Inc. es una compañía basada en Canadá con instalaciones en Boston (EEUU) y Londres (RU), que además.

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1 Galvanic Applied Sciences

2 Galvanic Applied Sciences Inc. es una compañía basada en Canadá con instalaciones en Boston (EEUU) y Londres (RU), que además cuenta con representación en todo el mundo. La compañía desarrolla tecnología para el análisis de líquidos y gases en líneas de proceso. Head Office 7000 Fisher Road SE, Calgary, Alberta, Canada Website:

3 Analizadores de Azufre Total y Ácido Sulfhídrico por Cinta de Acetato Analizadores para Procesos de Recuperación de Azufre Cromatógrafo de Azufres Cromatógrafo de Gas Natural para medir Poder Calorífico y Composición. Correctores Electrónicos de Volumen

4 Analizadores Ópticos y Acústicos para medir Color, Turbidez y Sólidos Suspendidos Viscosímetros en Línea Tituladores Automaticos en Línea Analizadores Programables Ultravioleta

5

6 Analizadores de Azufre Total y Ácido Sulfhídrico 903/903TS

7 Analizador con plataforma de 3era. Generación y Avances significativos: Censores Digitales. Algoritmo dinámico de medición. Software Mejorado Capacidad de Almacenamiento. Comunicaciones avanzadas. Mejor linealidad y costos de mantenimiento menores. Tecnología probada y confiable. A NALIZADOR M ODELO 903

8 P ARTE I. Principio de Medición del Analizador y Aplicaciones

9 El Ácido Sulfhídrico (H 2 S) es de la familia química de los Ácidos Halogenados. Este compuesto químico es altamente toxico y altamente corrosivo, pues el Azufre (S) es de naturaleza sumamente reactiva. También se le conoce con otros nombres: - Sulfuro de Hidrogeno - Gas Amargo (Sour Gas) - Hidrogeno Sulfurado Á CIDO S ULFHÍDRICO (H 2 S)

10 N IVELES DE T OXICIDAD DEL H 2 S

11 Primer Principio: Reacción Química con la Cinta de Acetato El Ácido Sulfhídrico reacciona con el Acetato de Plomo generando una mancha de Sulfuro de Plomo. H 2 S + Pb PbS + H 2 O Utilizando una cinta de Acetato de Plomo se puede detectar la formación de la mancha de Sulfuro de Plomo. La cinta de Acetato es un método 100% específico. P RINCIPIO DE F UNCIONAMIENTO DEL A NALIZADOR

12 C INTA MANCHADA CORRECTAMENTE

13 Segundo Principio: Pirólisis de los compuestos Sulfurados Se conoce como Azufre Total (TS) a la suma de todos los compuestos de Azufre (R-S) en la corriente, y se expresan como un total en ppm de cada componente según su peso molecular. Todos los compuestos Sulfurados cuando se llevan a 900°C se transforman por Pirolisis en Ácido Sulfhídrico. (la pirolisis es el cambio que sufren las moléculas por acción del calor donde se reordenan y forman otros compuestos diferentes) Utilizando la cinta de acetato y provocando la pirolisis de los compuestos sulfurados se puede determinar el Azufre Total en una corriente de proceso. R-S + Calor H 2 S P RINCIPIO DE F UNCIONAMIENTO DEL A NALIZADOR

14 C OMPUESTOS S ULFURADOS T ÍPICOS

15 N ORMAS ASTM Muchas agencias de regulación ambiental e Industrial como EPA y DOT, utilizan las normas ASTM como estándares La medición con Cinta de Acetato se apega a las siguientes: D D D D (norma más común)

16 N ORMAS ASTM

17 M EDICIÓN DE A ZUFRE El azufre es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo S. Es un no metal abundante e insípido. El azufre se encuentra en forma nativa en regiones volcánicas y en sus formas reducidas formando sulfuros y sulfosales o bien en sus formas oxidadas como sulfatos. La combustión de este compuesto genera Óxido de Azufre, que entre otros efectos secundarios puede generar lluvia ácida. S

18 L LUVIA Á CIDA Una gran parte del SO 2 (dióxido de azufre) emitido a la atmósfera procede de la emisión natural que se produce por las erupciones volcánicas, que son fenómenos irregulares. Sin embargo, una de las fuentes de SO 2 es la industria metalúrgica y la combustión de los azufres. S + O 2 SO 2 El cual en presencia del agua atmosférica o sobre superficies húmedas, se convierte en ácido sulfúrico: SO 3( g ) + H 2 O ( l ) H 2 SO 4( l ) Esta precipitación es Lluvia Ácida.

19 A PLICACIONES DE LA M EDICIÓN DE A ZUFRE Refinerías Petroquímicas Gas Natural Otros

20 Producción de Diesel Azufre Total. Producción de Gasolina Azufre Total. Cromatografía de Sulfuros. Propil-Mercaptano y Benceno Tiol Producción de Kerosene y otros combustibles. Producción de Gas Natural Licuado H 2 S, COS, Otros Sulfuros. Producción de Fuel Gas Emisiones a la atmósfera. Sulfuros Totales Reducidos. H 2 S, COS, MERCAPTANOS A PLICACIONES EN R EFINERÍAS

21 A PLICACIONES EN P ETROQUÍMICAS En plantas de Etileno y Propileno Control de Calidad y Protección de Catalizadores. H 2 S, COS, MeSH, TS En Gases Licuados de Petróleo. Calidad de Alimentaciones, y protección de catalizadores. H 2 S, COS, TS En Gas Natural Sintético H 2, CO, CO 2, CH 4 Control de Calidad y Protección de Catalizadores. Trazas (ppb) de H 2 S y TS En la producción de Fertilizantes Protección de Catalizadores Control de Calidad de alimentación Trazas (ppb) H 2 S y TS

22 A PLICACIONES EN G AS N ATURAL Gasoductos Calidad de Producto Odorantes Análisis de Mercaptanos para asegurar que el olor es apropiado. Análisis para asegurar que el olor y el gas están separados apropiadamente Control de Corrosión H 2 S en la corriente Producción de Gas Natural Calidad del Producto. Típicamente la concentración permitida de componentes de Azufre es 4 ppm para H2S y 16 ppm para TS (o ¼ de grano y 1 grano respectivamente) Entrada a la planta de proceso. Altas concentraciones de H 2 S Líneas a Quemadores Altas concentraciones de H 2 S Regulaciones ambientales

23 O TRAS APLICACIONES POSIBLES Pulpa y Papel Regulaciones Ambientales TRS - H 2 S, COS y Mercaptanos Generación de Potencia Vapor Térmico H 2 S es un producto secundario del vapor CO 2 (Calidad de Comida) Calidad del Producto.

24 P ARTE II. Descripción General del Equipo

25 A NALIZADOR 903

26 S ISTEMA DE M UESTREO Filtro de Entrada Regulador de psig Regulador de Flujo Humidificador de Muestras (100% HR)

27 H UMIDIFICADOR El sistema de humidificación es una solución de Ácido Acético al 5% de tipo burbujeo. Esto se hace para asegurar mayor estabilidad y uniformidad en las medidas, pues todas se llevan a 100% de Humedad Tres tipos disponibles.

28 H UMIDIFICADOR TUBO SUMERGIDO

29 H UMIDIFICADOR WICK

30 H UMIDIFICADOR MEMBRANA PERMEABLE

31 H UMIDIFICADOR El Humidificador más común es el de Membrana Permeable. El tubo debe ser traslucido Si el tubo se oscurece de alguna manera debe ser reemplazado. La solución debe estar por encima de la línea roja.

32 C ÁMARA DE MUESTREO La cámara de muestreo lleva la muestra hacia la cinta de acetato. Debe mantenerse limpia y libre de obstáculos. La cámara de muestreo La apertura de la cámara de muestreo se debe limpiar cada vez que se reemplace la Cinta de Acetato. La cámara de muestreo debe ser desensamblada y limpiada una vez al año.

33 C ÁMARA DE A NÁLISIS Y S ENSOR La cinta entra en contacto con el gas y se oscurece. El sensor mide la tasa de oscurecimiento de la cinta; gracias a que un diodo emite luz hacia la cinta y la luz que se refleja se convierte en una lectura de mili voltaje.

34 C ÁMARA DE A NÁLISIS Y S ENSOR Cámara Óptica Dependiendo de la abertura del orificio de muestreo será el rango de medida del equipo.

35 C ÁMARA DE M UESTREO Y S ENSOR

36 S ENSOR Bloque Sensor – Vista Superior (izquierda), Vista lateral (centro) e instalado en el analizador (derecha)

37 S ENSOR Información Técnica Sensor controlado por un microprocesador Compensación por desviación, envejecimiento y variaciones en la cinta. Cero automático. Span automático. Procesamiento digital de la señal para mejorar la exactitud y la repetibilidad. Compensación automática por variaciones en la intensidad de la LED. Convertidor de señal de 24 BIT ADC para mediciones in situ. Recibe y procesa señales del contador de cinta y el sensor óptico de falta de cinta.

38 S ENSOR El rango en mV es 0 – 2500 mV La intensidad luminosa de la LED se compensa después de cada análisis Estabilidad mejorada.

39 R ANGO DE M EDICIÓN La apertura del Orificio Crítico es el elemento final de control de la medición. Rangos de medida

40 M ANTENIMIENTO DEL O RIFICIO C RÍTICO El orificio crítico (apertura) debe estar limpio y no descolorado (La decoloración puede absorber luz). La apertura no debe tener grietas o fracturas porque pueden desviar la luz. La apertura debe estar sellada en la cámara de muestreo con Silicon para asegurar el flujo correcto de muestra a través de ella.

41 M OTOR DE C INTA El motor que mueve la cinta es electrónico de pasos, lo cual hace que el motor se mueva solamente lo necesario, y que sea completamente configurable. La ventaja de este tipo de motor es que necesita muy pocas piezas y se puede graduar con mucha precisión. Un microprocesador hace que el motor mueva la cinta hasta encontrar más cinta limpia.

42 S ISTEMA DE T RANSPORTE DE LA C INTA La cinta se mueve y se coloca frente al sensor óptico, cuando se acaba es necesario reemplazarla. Un decodificador óptico se utiliza para medir la cantidad de cinta que se mueve a través del analizador Este se puede utilizar como herramienta de diagnóstico Asegura que la cantidad apropiada de cinta se mueve después de cada ciclo de análisis.

43 S ISTEMA DE T RANSPORTE DE LA C INTA Asegúrese que la cinta esta instalada correctamente dentro de la rueda.

44 I NSTALACIÓN DE LA C INTA

45 C ONTADOR DE C INTA

46 V ENTANA T RASERA La ventana trasera se utiliza para aislar el bloque sensor del proceso. Debe estar limpia y no descolorada. Las decoloraciones absorben luz y disminuyen la sensibilidad. Las grietas o rayas pequeñas no absorben luz, los defectos grandes pueden provocar la refracción de la luz. La ventana tiene que estar lo más limpia que se pueda.

47 V ENTEO DEL E QUIPO Si la presión no se mantiene lo mas constante posible se puede provocar lecturas erráticas en el equipo.

48 S ISTEMA DE V ENTEO Pequeñas cantidades de contra presión en la línea de venteo o largas corridas de tubería provocan lecturas erráticas en el equipo. La línea de venteo debe ser tan corta como sea posible. La línea de venteo debe estar levemente inclinada para evitar la acumulación de líquidos. Se recomienda la instalación de mosquiteros. Se recomienda utilizar venteo forzado para eliminar la contrapresión en la línea de venteo.

49 S ISTEMA DE V ENTEO

50 M EDICIÓN DE A ZUFRE T OTAL

51 H ORNO P IROLIZADOR El Horno Pirolizador es un tubo hecho de cuarzo calentado eléctricamente, por donde correrá la muestra y se mezclará con Hidrógeno para provocar la pirólisis.

52 H ORNO P IROLIZADOR

53 M EDICIÓN DE A ZUFRE T OTAL - C OQUIFICACIÓN La Coquificación es la acumulación de residuo de carbón por falta de hidrógeno, debe mantenerse un flujo de Hidrógeno confiable hacia el tubo de cuarzo. Si la coquificación persiste aumentar el radio hidrógeno : muestra, esto se puede lograr disminuyendo el flujo de muestra. El sistema de medición de TS no puede operar sin Hidrógeno.

54 T UBO DE C UARZO Si el tubo de cuarzo se coquifica por completo se requerirá su reemplazo. El procedimiento correcto para el manejo es: Des energizar el horno de pirolisis. Cerrar el flujo de Hidrógeno Permitir que el horno se enfríe al menos durante una hora. Separar las abrazaderas (fittings) y reemplazar el tubo. Asegurarse que los fittings están limpios.

55 T UBO DE C UARZO A continuación hay un diagrama del tubo de cuarzo y sus abrazaderas. Las arandelas (O-rings) deben ser de kal-rez para soportar las altas temperaturas.

56 R EVISIÓN ANTI FUGAS DEL H ORNO Es necesario revisar que el Horno de Pirólisis no tenga fugas después de haber reemplazado el tubo de cuarzo, esto para: Reducir el consumo de Hidrógeno. Asegurar la formación de TS completa. Proteger el calentador de la corrosión Para revisar si hay fugas se debe cerrar la salida del horno de TS y asegurando que el flujo de Hidrógeno vaya a cero.

57 T ARJETA M ADRE DEL A NALIZADOR La tarjeta madre del analizador ejecuta todos los calculas y maneja las señales electrónicas de entrada y salida. Control del movimiento de la Cinta Alimentación del Sensor Conexione Eléctricas Manejo de 8 Solenoides para intercambio de corrientes. Manejo de 6 Relays Manejo de las 6 Salidas Análogas ( mA) Manejo de 8 Entradas Discretas.

58 T ARJETA M ADRE DEL A NALIZADOR

59 T ABLERO La mayoría de los diagnosticos y la configuración de los equipos se puede llevar a cabao utilizando el tablero reduciendo la necesidad de utilizar una computadora portátil.

60 I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO El analizador 903 de Galvanic viene con una interfase gráfica para usuarios (GUI): La GUI permite la comunicación y configuración del equipo utilizando un computador portátil. Opera en Windows TM 98, 2000 and XP La conexión con el analizador es a través del puerto serial RS-232.

61 I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO Las señales de salida y alarmas son configurables.

62 La configuración del Modbus le permite al usuario adaptar los registros y parámetros de comunicación de acuerdo a sus necesidades. I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO

63 Archivo de Datos: El analizador tiene la capacidad de almacenar hasta 10 meses de datos de análisis. I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO

64 El analizador 903 viene completo con un sistema de auditoria de datos.

65 … e incluye una herramienta para elaborar gráficos. I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO

66 El software del analizador 903 soporta un sistema de generación de reportes.

67 A través de la GUI se pueden manejar multiples entradas digitales. I NTERFASE G RÁFICA DE U SUARIO

68 P ARTE III. Ciclo de Medición del Equipo

69 A LGORITMOS DE A NÁLISIS El analizador 903 puede ser configurado de dos diferentes maneras. Análisis de Intervalo Fijo. Usado por los modelos 801 y 902. Análisis de Intervalo Dinámico Para mejorar la exactitud y la linealidad de la medición con cinta de Acetato de Plomo.

70 A LGORITMO DE I NTERVALO F IJO Inicio del Ciclo: El analizador va a cero automático segs.: La muestra corre y oscurece la cinta, el analizador monitorea la velocidad pero no calcula la concentración segs.: El analizador mide la velocidad y calcula la concentración.

71 A LGORITMO DE I NTERVALO F IJO

72 Cada mancha representa un ciclo de medición. Cada ciclo es de 3 minutos. Durante cada ciclo, el microprocesador monitorea la rata de oscurecimiento y calcula la concentración de H 2 S requerida para obtener esta velocidad. A LGORITMO DE I NTERVALO F IJO V = бS бt бt Donde: V = Es la velocidad de oscurecimiento S = Es la lectura de oscuridad en mV t = Es el tiempo transcurrido

73 El tiempo del análisis es fijo sin importar la composición de la muestra Este tipo de procedimiento no funciona bien con rangos altos, porque pierde linealidad. La velocidad de la reacción varia con el tiempo. A LGORITMO DE I NTERVALO F IJO

74 El algoritmo de Intervalo dinámico evalúa la segunda derivada de la ecuación de Velocidad para encontrar donde se registra la máxima velocidad de variación. La velocidad de la reacción se calcula donde hay la máxima variación de la velocidad. A LGORITMO DE I NTERVALO D INÁMICO V = бS бt бt Donde: V = Es la velocidad de oscurecimiento S = Es la lectura de oscuridad en mV t = Es el tiempo transcurrido R = бV бt бt Donde: R = Es la rata de velocidad V = Es la velocidad de oscurecimiento t = Es el tiempo transcurrido

75 A LGORITMO DE I NTERVALO D INÁMICO

76 Finalmente la concentración de H 2 S será igual a X H2S = K. R Donde: K = Constante de Calibración (Ganancia del Equipo) R = La rata de velocidad de oscurecimiento. X H2S = Concentración de H 2 S. C ALCULO DE LA C ONCENTRACIÓN V = бS бt бt Donde: V = Es la velocidad de oscurecimiento S = Es la lectura de oscuridad en mV t = Es el tiempo transcurrido R = бV бt бt Donde: R = Es la rata de velocidad V = Es la velocidad de oscurecimiento t = Es el tiempo transcurrido

77 La velocidad de respuesta tiene gran importancia en algunas aplicaciones: Transferencia de Custodios. Salidas de Planta de Procesamiento. El equipo cuenta con un sistema de Análisis de Alarmas Predictivo (PAA) que se puede utilizar cuando la velocidad de respuesta es vital y la concentración de H 2 S es crítica. V ELOCIDAD DE R ESPUESTA

78 Constantemente se monitorea la Rata de Velocidad. Cuando la Concentración de H 2 S (K x R) excede un punto previamente establecido según la aplicación el analizador automáticamente entra en modo alarma, sin importar en que punto del ciclo se encuentra la medición. El punto de alarma previamente establecido es la alarma alta del sistema. A NALISIS DE A LARMAS P REDICTIVO (PAA)

79 P ARTE IV. Operación y Detección de Problemas en el Equipo.

80 P RESIONES Y F LUJOS DE O PERACIÓN Presión de la muestra: psig. Flujo de la muestra:2.0 (100 cc/min) La muestra debe estar limpia y seca.

81 P ATRONES DE C ALIBRACIÓN El analizador 903 requiere Gases Patrones para su calibración. Los Gases pueden ser usados para validación y detección de fallas. La concentración en el gas de calibración debe ser 75% de la lectura completa, o debe estar alrededor del punto de interés de la lectura. Se debe recordar que los patrones de H 2 S se vencen y que estos componentes son altamente reactivos.

82 Para completar la calibración del equipo se aplica un estándar conocido de H 2 S por medio de un solenoide de calibración o una válvula manual. Luego se deja que el equipo lleve a cabo el ensayo y que calcule la ganancia para lograr el estándar. La ganancia se puede ajustar automáticamente o manualmente. Luego de la calibración, la concentración de Sulfuro de Hidrogeno será: C ALIBRACIÓN DEL E QUIPO

83 Calibración Manual Suministrar gas de calibración a 15 psi. Purgar el regulador 10 veces para asegurar que el muestreo es exacto. Analice el gas de calibración por 10 o 15 minutos para que la lectura se estabilice. Calcular el nuevo factor de ganancia para que la lectura del analizador sea la misma del patrón de calibración.

84 C ALIBRACIÓN DEL E QUIPO Ajuste de la Ganancia Cal gas/analyzer reading * current gain

85 C ALIBRACIÓN DEL E QUIPO Calibración Automática Requiere que el equipo tenga la capacidad de hacer stream switching. El gas se analiza y se calcula una nueva ganancia automáticamente. Puede programarse. Puede iniciarse manualmente utilizando el keypad.

86 La intensidad de la LED se mantiene constante ajustando la cantidad de corriente que se le suministra. A medida que la intensidad de la LED disminuye, la cantidad de corriente suministrada aumenta. Puede haber polvo o residuos sólidos en la cámara de muestreo. La ventana del orificio critico esta decolorada. Envejecimiento de la LED. A LARMA DE CORRIENTE EN EL SENSOR

87 Si ocurre una alarma por corriente en el sensor se debe limpiar la cámara de muestreo y reemplazar cualquier componente decolorado. Si la alarma persiste entonces el sensor debería ser reemplazado. El sensor continuará operando y dando resultados confiables aún cuando ocurra la alarma. A LARMA DE CORRIENTE EN EL SENSOR

88 Una alarma de movimiento de la cinta se generará si el contador óptico de cinta no detecta movimiento. Asegurarse que la cinta está en contacto con el contador. Asegurarse de que el contador de cinta se mueve cuando la cinta pasa a través de él. A LARMA DE MOVIMIENTO DE LA CINTA

89 M ALA R EPETIBILIDAD Asegúrese que la cinta esta instalada apropiadamente. La cinta debe ajustarse al canal de la cámara de muestreo. Probar con el patrón de calibración. Asegúrese que el venteo funciona apropiadamente. Asegúrese que las manchas no se solapan. Asegúrese que el orificio crítico fue instalado correctamente.

90 R EVISIÓN DE LA I NSTALACIÓN DE LA C INTA.

91 R EVISIÓN DE LA INSTALACIÓN DE LA C INTA (P ARA H UMIDIFICADOR N AFION S TYLE

92 R EVISIÓN DEL V ENTEO

93 R EVISIÓN DEL V ENTEO (P ARA H UMIDIFICADOR N AFION S TYLE )

94 P ARTE V. Mantenimiento

95 4 - 6 S EMANAS Cambiar cinta según se necesita y reiniciar el contador de cinta. Limpiar cámara de muestreo para librarla de polvo de la cinta para evitar alarmas por fallos de sensor. Completar la solución de Ácido Acético. Revisar que la presión y el flujo sean el correcto Revisar el venteo del equipo.

96 Calibrar o Validar el analizador utilizando un Gas Patrón conocido. C UANDO SE CAMBIE LA CINTA

97 2 M ESES Inspeccionar y cambiar el elemento filtrante según se requiera. Si la unidad hace la medición de TS revisar si hay coque o fugas. Para revisar si hay fugar en el Horno de Pirolisis, cerrar la salida y revisar el consumo de Hidrógeno y los medidores de flujo de muestra. Deberían irse a cero. Reemplazar las arandelas de ser necesario.

98 3 M ESES Calibrar el instrumento.

99 6 M ESES Desarmar completamente y limpiar la cámara de muestreo. Reemplazar las arandelas y la ventana trasera según sea necesario.


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