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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

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6 Cromatógrafo de Gases en Línea PLGC II

7 P ARTE I. Conceptos Básicos de Cromatografía

8 La cromatografía es el método de separación y análisis de los componentes de una corriente gaseosa basado en el tiempo que tarda un gas en pasar a través de una columna de absorción selectiva. D EFINICIÓN DE C ROMATOGRAFÍA

9 Gas de Arrastre: El Carrier Gas o Gas de Arrastre es un gas inerte que lleva la muestra a través de las columnas hasta el detector y luego al venteo de salida. Regulador de Carrier Gas: El regulador de carrier mantiene una presión constante en el carrier gas lo cual resulta en flujo constante. Válvula de Inyección: Es una válvula que inyecta una determinada cantidad fija de muestra. Columna de Separación: La columna cromatográfica separa cada uno de los componentes del gas, el equipo recibe su nombre de este componente. Sensor o Detector: El sensor detecta los cambios de propiedades a medida que los componentes pasan frente a el y salen de la columna. ¿C ÓMO SE SEPARAN LOS GASES ?

10 1. La muestra de gas (Sample Gas) se inyecta en un gas inerte de arrastre que se conoce como Fase Mobil (Mobile Phase). 2. El gas de arrastre, como su nombre lo indica, arrastra la muestra a través de la Columna Cromatográfica (Column) donde interactúa con la Fase Estacionaria (Stationary Phase) que puede ser líquida o sólida. 3. Los gases en la muestra interactúan en diferentes grados con la fase estacionaria en la columna y por lo tanto, viajan a lo largo de esta a diferentes velocidades y provocando su separación.

11 ¿C ÓMO SE SEPARAN LOS GASES ? Terminología: Pico (Cromatograma) Área de Pico Tiempo de Retención Componente

12 Cada Componente se puede identificar según la cantidad de tiempo que toman viajando a través de la columna de separación. Este tiempo se conoce como Tiempo de Retención. T ERMINOLOGÍA

13 Cuando un compuesto sale de la columna pasa por el Detector, genera una señal eléctrica cuantificable que tiene forma triangular, a esta forma se le llama Pico. Cuando se reúnen todos los Picos generados por los componentes presentes en el gas, se genera un Cromatograma.

14 T ERMINOLOGÍA La cantidad de cada componente presente en el Gas de Muestra se puede determinar midiendo el Área de Pico.

15 Gas para ventas Gas que entra a una planta C ROMATOGRAMA T ÍPICO

16 P ARTE II. Aplicaciones de Cromatografía para Gas Natural

17 A PLICACIONES DE C ROMATOGRAFÍA Cromatógrafo de Gases PL GC II Transmisión de gas por tuberías Transferencia de Custodios Estaciones de Medición Distribución de Gases Medidas a Puerta de Ciudad Grandes compradores de Gas Refinerías Entradas o Alimentaciones Salidas (Ventas, Venteos, gases quemados) Gases Combustibles Procesamiento de Gases Calidad de Materia Prima o Material Vendido

18 Cromatógrafo de Gases PL GC II G AS N ATURAL El gas natural es una mezcla de Hidrocarburos que existe en asociación con combustibles de fósiles, reservorios de carbón u otras fuentes y que esta fundamentalmente compuesto de Metano. Es una fuente importante de energía y sirve como materia prima en la fabricación de fertilizantes MetanoUn átomo de carbonoC1 Etanodos átomos de carbonoC2 Propanotres átomos de carbonoC3 iso-Butanocuatro átomos de carbonoi-C4 n-Butanocuatro átomos de carbonon-C4 iso-Pentanocinco átomos de carbonoi-C5 n-Pentanocinco átomos de carbonon-C5 C6+ todos los compuestos más pesados que el hexano (C6)

19 Los hidrocarburos son cadenas de átomos de carbono conectados unos a otros y a su vez conectados con moléculas de Hidrógeno. H 3 C-C H 3 Ejemplo: El Etano contiene dos átomos de carbono y 6 de hidrógeno. G AS N ATURAL

20 Los Hidrocarburos se queman (Combustión) para generar energía. CH 4 + 2O 2 CO H 2 O + Calor Esto depende del Poder Calorífico del gas, que es una función de la composición del gas.

21 El gas natural a menudo contiene compuestos inertes. Nitrógeno (N 2 ) Dióxido de Carbono (CO 2 ) Los compuestos inertes son indeseables pues no contribuyen al Poder Calorífico del gas natural. G AS N ATURAL

22 Cromatógrafo de Gases PL GC II Se pueden encontrar trazas de contaminantes presentes en el gas natural. El gas natural debe ser tratado para eliminarle los contaminantes o reducirlos hasta niveles aceptables. Los principales son Gas Ácido (Ácido Sulfhídrico H 2 S) Otros componentes con Azufre (R-S) Agua (Humedad) C ONTAMINANTES

23 Nitrógeno2.50 % Metano89.0% CO % Etano5.00 % Propano1.00 % Iso-Butano.300 % N-Butano.300 % Neo-pentano.100 % Iso-pentano.100 % N-pentano.100 % C % C OMPOSICIÓN T ÍPICA DE UN G AS N ATURAL

24 C ROMATOGRAFÍA DE G AS N ATURAL Un Cromatógrafo de Gases se utiliza para medir la cantidad de cada Hidrocarburo presente en la mezcla de gas, al igual que la cantidad de gases inertes y algunos de los contaminantes. Con esta información se puede determinar Porcentaje molar de cada uno de los componentes en el gas. Poder Calorífico del Gas. Gravedad Específica del Gas.

25 T RANSFERENCIA DE C USTODIOS Transferencia de Custodios Ocurre cuando el producto es entregado a un tercero para su manejo y custodia. Este proceso implica la Fiscalización.Fiscalización Acto en el que se establece la medición de calidades y cantidades de material de manera automatizada y certificadas para ser utilizadas en el cálculo de impuestos y regalías. Automatización de la Fiscalización y Transferencia de Custodia Consiste en la medición de los volúmenes de producto en especificación y la transmisión de los resultados en forma automatizada, según normas internacionales y en conjunto con las leyes de cada país.

26 T RANSFERENCIA DE C USTODIOS

27 P ARTE III. Descripción General del Equipo

28 C ROMATÓGRAFO DE G AS N ATURAL EN L ÍNEA PL GC II El PL GC II es un cromatógrafo en línea diseñado para medir los distintos componentes del Gas Natural. Calcula el porcentaje molar de cada componente presente en la muestra. Calcula el Poder Calorífico del Gas Calcula la Gravedad Específica del Gas. El PL GC II también se utiliza para medir las fracciones de Etano, Propano y Butano. Otra aplicación es la medición de H 2 S para rangos mayores de 30 ppm hasta 100%.

29 C ROMATÓGRAFO DE G AS N ATURAL EN L ÍNEA PL GC II Es compatible con los sistemas existentes: El sistema tiene dos salidas ModBus RS-485 y RS-232 Cromatógrafo de Gases PL GC II

30 V ÁLVULA DE I NYECCIÓN La válvula de inyección tiene 10 puertos de entrada, es de tipo diafragma, y su durabilidad teórica es de de inyecciones antes de requerir servicio.

31 V ÁLVULA DE I NYECCIÓN Modelo DV 22 de Valco (Houston, Texas). Válvula de Diafragma y Pistón. Se requieren 60 psig de Helio para actuarla. La presión inyectada se libera y el resorte interno regresa la válvula a su posición original.

32 V ÁLVULA DE I NYECCIÓN El microprocesador principal del equipo controla la inyección de la válvula. El tiempo de las inyecciones es configurable, en el modulo de Sample Handling/Action List del DIMAC.

33 S ENSOR TCD El sensor es un detector de tipo TCD (Sensor de Conductividad Térmica), especialmente seleccionado para evitar posibles reacciones con el ambiente y tiempo de respuesta corto. Consiste en un filamento calentado, contenido en un bloque de acero inoxidable. El sensor tiene dos partes: La referencia, por donde pasa el gas de arrastre sin muestra; y el lado de medición por donde pasa la muestra.

34 S ENSOR TCD La diferencia de composición entre los dos desestabiliza el lado de la medición y la diferencia entre los dos lados genera una señal eléctrica. Es necesario que las condiciones dentro del detector se mantengas constantes para evitar errores en la medición por efectos del volumen del gas.

35 C ONTROL DE LA T EMPERATURA La válvula de inyección, las columnas y el detector están montados sobre un bloque de aluminio para mantener constante la temperatura. Esto asegura que todos los componentes del cromatógrafo se mantengan a la misma temperatura. El bloque de control térmico hace que el equipo sea menos susceptibles a los cambios de temperatura del ambiente y del proceso.

36 T ABLERO DE E XCITACIÓN T ÉRMICA PARA EL S ENSOR El tablero de excitación térmica Provee una corriente de 8 mA para el sensor TCD. Genera una señal en mV y la envía a la tarjeta madre. Convierte la señal de la RTD en señales de 4-20 mA y las envía a la tarjeta madre.

37 C OLUMNAS El PL GC II utiliza columnas micro empacadas. La fase estacionaria está en forma granuladas y esta contenida en un tubo de 1/16 de diámetro de Ácero Inoxidable. Para el análisis de C6+ se utilizan tres columnas Columna 1: 3 CSPAW Columna 2: 6.5 CSPAW Columna 3: 6.5 Poropack

38 C OLUMNAS También hay columnas especiales para los siguientes análisis. BTU C6+ y H2S BTU C7+ y H2S BTU C6+, H2S y 02 / N2 / CO2 BTU C7+, H2S y 02 / N2 / CO2 H2S, CO2 o H2S y CO2 CO2 o H2S con rangos de <1% O2 / N2 / CO / CH5

39 La muestra cc/min (el gas analizado debe estar limpio y seco) UHP Carrier de Helio: 10 cc/min. F LUJO

40 S ISTEMA DE M UESTREO

41 Software El sistema utiliza la plataforma de software DIMAC, por medio de este software el equipo puede llevar a cabo cualquier calculo basado en las variables que determina el equipo. Tiempo de Análisis El equipo toma 5 min por ciclo de análisis. Display Por medio del display se puede ver el Cromatograma de lo que esta pasando a través de la corriente, así como todos los demás cálculos. E SPECIFICACIONES

42 Salidas de Información: 4 Contactos para Relay. Data Logger (Capacidad de hasta Cromatógramas) ModBus (4 Salidas) Dos salidas RS-485 Dos salidas RS-232 Alimentación Eléctrica 24VDC 110/220 VAC E SPECIFICACIONES

43 P ARTE IV. Descripción del Ciclo de Medición

44 C ONFIGURACIÓN DEL PLGC II

45 Cromatógrafo de Gases PL GC II V1 Energizada V2 Energizada La muestra se inyecta en el cromatógrafo. P ASO 1: I NYECCIÓN DE LA M UESTRA

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47 V1 Desenergizada V2 Energizada Todos los compuestos pesados (C6+) se empujan fuera de la columna 1 y pasan al detector. P ASO 2: M EDICIÓN DE LOS COMPUESTOS PESADOS

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49 V1 Desenergizada V2 Desenergizada Todos los componentes que son más livianos que el C6 son llevados a la columna 2. El Nitrógeno, C1, y CO 2 (los compuestos livianos) se capturan y aíslan en la columna 3. El C2, C3, C4, C5 salen de la columna 2 hacia el detector. P ASO 3: A ISLAMIENTO DE LOS COMPUESTOS LIVIANOS

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51 V1 Desenergizada V2 Energizada Se liberan los componentes atrapados en la columna 3 (Nitrógeno, C1 y CO2) y se les permite pasar por el detector. P ASO 4: M EDICIÓN DE LOS COMPUESTOS LIVIANOS

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53 C ICLO DE M EDICIÓN

54 M ÉTODO A NALÍTICO El método analítico es la serie de acciones que el analizador efectúa para determinar la concentración de los componentes en la muestra. Control de las inyecciones de la válvula. Integración del área bajo los picos. Automática Identificación de los picos. Según los tiempos de retención. Cálculos finales. Calibración.

55 C ONTROL DE LAS I NYECCIONES DE LA V ÁLVULA

56 Mientras el inhibidor esta encendido (ON), no se le permite buscar picos. Mientras el inhibidor esta apagado (OFF), se le permite buscar picos. El inhibidor se utiliza para prevenir que se integren picos leídos por efecto de la operación de las válvulas. Las inhibiciones se pueden programar en el software de control DIMAC. I NHIBIDOR DE I NTEGRACIONES

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58 La integración del área bajo cada pico, es el algoritmo que permite determinar el valor de cada uno. Se hace automáticamente El analizador detecta el inicio de cada pico, el valor máximo y cuando se termina, según el tamaño de su base. I NTEGRACIÓN DE LOS P ICOS

59 Tamaño de la Base El parámetro del tamaño de la base puede ser programado en el software del equipo. Este valor debe fijarse antes de que el componente sea detectado. El tamaño de la base le indica al DIMAC la forma del pico que se espera para cada componente. El tamaño de la base es mayor para los componentes más pesados. I NTEGRACIÓN DE LOS P ICOS

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61 Los picos se identifican según su tiempo de retención y la variación que a cada tiempo se le asigna. Para que un pico sea identificado, debe caer dentro de los tiempos de retención que están programados en el equipo, producto de la calibración. I DENTIFICACIÓN DE LOS P ICOS

62 Tabla de Componentes Pico#ComponenteTiempo de Ret.Variación del TR. 1C Nitrógeno Metano 51 2 Si hay un pico detectado a los 45 segundos, se identificará como Nitrógeno. SI hay un pico a los 41 segundos será ignorado pues no cae en los tiempos de retención de ningún pico definido antes. E JEMPLO

63 Al final de cada ciclo de medición el Tiempo de Retención de cada pico se compara con la tabla de componentes. Si el pico es legítimo, entonces la concentración del pico se calcula y reporta. Todos los resultados del análisis se normalizan a 100% después de terminar. C ALCULOS F INALES

64 El analizador se calibra utilizando un gas patrón de composición conocida. Durante cada calibración se calcula el Factor de Respuesta (RF) de cada componente, según la ecuación a continuación: RF = Valor del Gas de Calibración / Área del Pico El factor de respuesta se utiliza para calcular la concentración de cada componente según el área de cada pico. C ALIBRACIÓN DEL E QUIPO

65 Si se utilizan gases cuyo contenido calórico se conoce y la concentración a la cual se encuentra cada uno, la suma de la contribución energética de todos los componentes representa la medida indirecta del valor total del Poder Calorífico de la mezcla de gas analizada. El microprocesador que controla el sistema provee una medida exacta del tiempo para la calibración automática del equipo, el cambio de las válvulas, los cálculos del equipo y la generación de los reportes. La medición de la concentración de cada componente se determina por medio de la comparación del cambio relativo en la conductividad térmica de cada uno y la del gas de calibración cuya composición es conocida. C ALIBRACIÓN DEL E QUIPO

66 C ALCULO DEL P ODER C ALORÍFICO Cada componente en el Gas Natural contribuye al Poder Calorífico de la Mezcla de Gas, en función de la cantidad de cada uno. El Poder Calorífico o Poder de Combustión (ΔH c 0 ) es la cantidad de energía que libera cada mol de un compuesto cuando reacciona con Oxígeno en una combustión completa.

67 C ALCULO DEL P ODER C ALORÍFICO De aquí, el Poder Calorífico ( H c 0 ) será:

68 Cromatógrafo de Gases PL GC II Componente Poder Calorífico psia C Nitrógeno0 Metano Dióxido de Carbono0 Etano Iso-Butano Normal-Butano Neo-Pentano Iso-Pentano Normal-Pentano P ODER C ALORÍFICO DE C OMPONENTES PUROS

69 P ARTE IV. Detección de fallas

70 Cromatógrafo de Gases PL GC II P ATRÓN DE C ALIBRACIÓN Mantenga el flujo de Gas de Calibración Utilizando el Patrón de Calibración revisar si los tiempos de retención están correctos.

71 Cromatógrafo de Gases PL GC II Nitrógeno2.50 % Metano89.0% CO % Etano5.00 % Propano1.00 % Iso-Butano.300 % N-Butano.300 % Iso-pentano.100 % N-pentano.100 % C % P ATRÓN DE C ALIBRACIÓN

72 Cromatógrafo de Gases PL GC II C AMBIOS EN LA LÍNEA BASE Fugas o contaminación por particulado en las válvulas de inyección La temperatura en el horno no esta controlada correctamente 70 C +/- 0.1 C. La presión del Gas de Arrastre no esta controlada de forma correcta: Utilizar reguladores de dos estados en los cilindros de almacenamiento. Utilizar reguladores de presión del alta resolución.

73 Cromatógrafo de Gases PL GC II Fugas o contaminación por particulado en las válvulas de inyección La temperatura en el horno no esta controlada correctamente 70 C +/- 0.2 C. La presión del Gas de Arrastre no esta controlada de forma correcta: 60 psi. C AMBIOS EN LOS TIEMPOS DE RETENCIÓN

74 P ARTE V. Mantenimiento de la unidad

75 Cromatógrafo de Gases PL GC II H ELIO Utilizar manifold para asegurar que el suministro de Helio no se interrumpa. Cambiar los cilindros según se indica El cilindro de 300 ft 3 durará de 3 – 6 meses según la aplicación.

76 Cromatógrafo de Gases PL GC II S ISTEMA DE M UESTREO Mantener el sistema de muestreo libre de contaminantes.

77 Cromatógrafo de Gases PL GC II V ÁLVULA DE I NYECCIÓN Reemplace el diafragma de la válvula según se requiera. Si se registra inestabilidad en la base de medición.} Si hay cambios en los tiempos de retención. Si se registran picos fuera de especificación. La válvula está especificada para de inyecciones.

78 Cromatógrafo de Gases PL GC II C OLUMNAS Reemplazar la columna si hay contaminación por líquidos. Condensado Glicoles Aminas Típicamente la columna operará 5 años.

79 P ARTE VI. DIMAC

80 E NTRADA / I NICIO DE S ESIÓN

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82 S ELECCIÓN DE T IPO DE S ESIÓN

83 I CONOS EN LA B ARRA DE H ERRAMIENTAS

84 V ENTANA DE E VENTOS

85 L ECTOR DE A RCHIVOS

86 D ETALLES DEL A NÁLISIS

87 Cromatógrafo de Gases PL GC II C ONTROL DEL ANÁLISIS

88 D ETECCIÓN DE LOS P ICOS (C ROMATOGRAMA )

89 C ONTROL DEL H ORNO

90 C ONTROL DE SALIDAS A NÁLOGAS

91 C ALCULO DE P ESO M OLECULAR

92 T ABLA DE C OMPONENTES

93 L ISTA DE A CCIONES

94 D EFINICIONES DE LA CORRIDA DE A NÁLISIS

95 P ROGRAMACIÓN DE A CTIVIDADES

96 A JUSTE DE P UERTOS DE C OMUNICACIÓN

97 D IRECCIONES DE M ODBUS

98 A JUSTES DE ALMACENAMIENTO DE DATOS

99 B ASE DE D ATOS

100 B ASE DE D ATOS DE LA E NTRADAS Y S ALIDAS


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