Las complejas emisiones de las refinerías, los gases de combustión corrosivos y los exigentes requisitos de cumplimiento pueden dificultar el mantenimiento de los sistemas CEMS. Un sistema bien diseñado proporciona datos de emisiones fiables sin necesidad de solucionar problemas constantemente.
A Sistema de monitoreo continuo de emisiones (CEMS) Mide y registra continuamente los contaminantes provenientes de fuentes de emisión fijas. En las plantas de procesamiento de petróleo y gas, un sistema CEMS puede monitorear SO₂, NOx, CO, CO₂, O₂ y otros gases, además de realizar un seguimiento del flujo y las condiciones clave de los gases de combustión.
Sin embargo, el monitoreo de emisiones en refinerías rara vez es una tarea que se adapte a todas las situaciones. Un calentador de proceso, una caldera, una unidad de craqueo catalítico, una unidad de recuperación de azufre o una antorcha pueden generar un flujo de gas muy diferente. Por lo tanto, el sistema CEMS adecuado comienza con la fuente de emisión, los contaminantes requeridos y las condiciones operativas reales.
¿Qué contaminantes debería medir un sistema de monitoreo continuo de emisiones (CEMS) en las plantas de procesamiento de petróleo y gas?
Los parámetros requeridos del sistema de monitoreo continuo de emisiones (CEMS) dependen de la fuente de emisión, las condiciones del proceso y la normativa aplicable. Para muchas fuentes de combustión en refinerías, el SO₂, los NOx, el CO, el CO₂ y el O₂ conforman el grupo de medición principal. Para aplicaciones específicas, pueden ser necesarios gases y parámetros de proceso adicionales.
| Parámetro | ¿Por qué se realiza el seguimiento? | Aplicación típica en refinería |
|---|---|---|
| SO₂ | Realiza un seguimiento de las emisiones relacionadas con el azufre. | Calderas, calentadores, SRU |
| NOx | Monitorea las emisiones de combustión | Calentadores de proceso, calderas |
| CO | Indica combustión incompleta | Hornos, calderas |
| CO₂ | Permite la monitorización de las emisiones de carbono. | Unidades de combustión y de proceso |
| O₂ | Apoya la evaluación y corrección de la combustión. | Emisiones de chimenea |
| H₂O | Admite la corrección de gas húmedo/seco | Sistemas de gases de combustión |
| Flow | Ayuda a determinar la carga total de emisiones. | Sistemas de chimenea y antorcha |
| Temperatura | Admite la corrección de mediciones | Monitoreo de pila |
| Presión | Admite cálculos de caudal y emisiones. | Sistemas de pila |
La configuración del sistema de monitoreo continuo de emisiones (CEMS) debe ajustarse a la fuente de emisión y a los requisitos de monitoreo aplicables. Un calentador de proceso puede requerir principalmente NOx, CO, CO₂ y O₂. Un proceso relacionado con el azufre puede requerir mayor atención al SO₂. Una aplicación más compleja puede requerir gases adicionales como HCl, HF, NH₃ o H₂O.
Esta distinción es importante al adquirir un sistema CEMS. En lugar de preguntarse simplemente "¿Cuántos gases puede medir este analizador de gases?", los compradores deberían preguntarse primero "¿Qué gases requiere realmente que midamos esta fuente de emisión?". Una vez definidos los contaminantes objetivo, el siguiente reto es elegir una tecnología CEMS que pueda procesar los gases de combustión calientes, húmedos y potencialmente corrosivos de la refinería.
¿Qué tecnologías de medición CEMS son adecuadas para las plantas de procesamiento de petróleo y gas?
Las plantas de procesamiento de petróleo y gas no necesitan una única tecnología de medición para cada gas. Lo más recomendable es adaptar el principio de detección al contaminante objetivo, el rango de concentración, la matriz gaseosa y el rendimiento de medición requerido.
| Tecnología CEMS | Gases típicos | Fuerza clave |
|---|---|---|
| NDIR | CO, CO₂, SO₂ | Medición continua de múltiples gases |
| UV-DOAS | SO₂, NO, NO₂ | Buena selectividad para gases activos en el UV |
| TDLAS | O₂, NH₃, HCl, H₂O | Medición rápida y selectiva |
| FTIR | Múltiples gases | Análisis multicomponente amplio |
| Paramagnético | O₂ | Medición continua y estable de O₂ |
| Electroquímico | O₂ y gases seleccionados | Compacto y económico |
La espectroscopia NDIR se utiliza ampliamente para gases de combustión importantes como el CO y el CO₂. La espectroscopia UV-DOAS permite medir SO₂, NO y NO₂, mientras que la espectroscopia TDLAS permite analizar gases específicos con líneas de absorción intensas. La espectroscopia FTIR resulta atractiva cuando un sistema requiere monitorizar una gama más amplia de componentes. ESEGAS utiliza estas tecnologías en todas sus soluciones CEMS, según el tipo de gas y los requisitos de medición.
Sin embargo, para aplicaciones reguladas, la selección de tecnología debe ir más allá de una simple comparación de los principios de los sensores. La normativa aplicable puede especificar especificaciones de rendimiento, métodos de referencia y requisitos de control y aseguramiento de la calidad (QA/QC). La EPA de EE. UU., por ejemplo, enumera especificaciones de rendimiento independientes para SO₂/NOx, O₂/CO₂, CO, flujo, H₂S, COV y sistemas CEMS basados en FTIR.
¿Cómo gestiona un sistema CEMS completo los gases de combustión calientes, húmedos y polvorientos de una refinería?
El analizador de gases es solo una parte de un CEMS. En una refinería, el gas debe viajar primero desde la chimenea hasta la celda de medición sin perder ni alterar componentes importantes. Un CEMS extractivo típico sigue esta ruta:
Apilamiento → Sonda de muestreo calentada → Filtración → Línea de muestreo calentada → Acondicionamiento de gas → Analizador de gas → Adquisición de datos
Los gases de combustión calientes pueden contener vapor de agua y compuestos condensables. Una sonda calefactada y una línea de muestreo calefactada ayudan a mantener la muestra por encima del punto de rocío correspondiente durante el transporte.
El polvo puede obstruir los filtros y restringir el flujo de la muestra. La humedad puede provocar condensación, mientras que los compuestos corrosivos o condensables pueden contaminar los componentes posteriores. El sistema de filtración y acondicionamiento de gases puede solucionar el problema.
La clave es simple: un analizador de gases de alta calidad no puede corregir una muestra deficiente. El sistema de muestreo y el analizador de gases deben funcionar como una única cadena de medición, como por ejemplo un sistema CEMS.
¿Qué diferencia a los sistemas CEMS de refinería de los sistemas CEMS industriales estándar?
Un sistema de gestión de energía continua (CEMS) de una refinería suele enfrentarse a un entorno operativo más complejo que una simple chimenea de combustión. Una misma planta puede tener calderas, calentadores de proceso, hornos, unidades FCC, procesos relacionados con el azufre y antorchas, cada uno de los cuales produce una corriente de gas diferente.
Los gases de combustión de las refinerías pueden variar en cuanto a temperatura, humedad, composición, concentración de contaminantes, caudal, componentes corrosivos y contenido de hidrocarburos. Por consiguiente, la misma configuración de CEMS puede no ser adecuada para todas las chimeneas. Por ejemplo, un calentador de proceso puede centrarse en NOx, CO, CO₂ y O₂, mientras que otro proceso puede requerir SO₂ u otros gases. Algunas aplicaciones también pueden necesitar monitorización de H₂O, HCl, HF, NH₃ o hidrocarburos.
El monitoreo de emisiones en refinerías no es una tarea de medición diaria. Los sistemas CEMS deben proporcionar datos estables durante largos períodos de operación, al tiempo que gestionan la calibración, el flujo de muestras, los cambios de temperatura y las tareas de mantenimiento.
La EPA define el CEMS como el equipo completo necesario para determinar la concentración de gases o partículas o la tasa de emisión, y no simplemente el analizador de gases en sí. Las normativas aplicables también pueden exigir procedimientos específicos de rendimiento y control de calidad cuando se utilizan datos del CEMS para el cumplimiento normativo.
Esa distinción es importante al adquirir un sistema. Los sistemas CEMS para refinerías deben evaluarse como una solución de monitoreo completa (analizador de gases, sistema de muestreo, acondicionamiento, calibración, adquisición de datos y mantenimiento), no como un analizador de gases independiente.
Una vez establecidas la tecnología de medición y la arquitectura de muestreo, el siguiente paso es diseñar un sistema de monitorización continua de emisiones (CEMS) adaptado a la fuente de emisión específica y a las condiciones de funcionamiento de la planta de procesamiento de petróleo y gas.
¿Cómo diseña ESEGAS los sistemas CEMS para plantas de procesamiento de petróleo y gas?
A Sistema de gestión de energía de la refinería (CEMS) Debe adaptarse a la fuente de emisión, y no al revés. Por lo tanto, ESEGAS parte del proceso de la planta, los contaminantes objetivo, las condiciones de los gases de combustión y los requisitos de monitorización aplicables antes de seleccionar el analizador de gases y la arquitectura de muestreo.
En primer lugar, ESEGAS identifica la fuente de emisión y define qué necesita medir la planta.
A continuación, el equipo revisa los requisitos de SO₂, NOx, CO, CO₂, O₂, H₂O, caudal, temperatura, presión y humedad. Esto es importante porque las especificaciones de rendimiento de la EPA abarcan diferentes parámetros de los sistemas de monitoreo continuo de emisiones (CEMS), incluidos SO₂/NOx, O₂/CO₂, CO, caudal, H₂S, COV y aplicaciones de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR).
A continuación, ESEGAS selecciona el principio de medición en función del gas objetivo y la aplicación. Por ejemplo:
| Necesidad de medición | Tecnología posible |
|---|---|
| CO, CO₂, SO₂ | NDIR |
| SO₂, NO, NO₂ | UV-DOAS |
| Múltiples gases | FTIR |
| gases traza seleccionados | TDLAS |
| O₂ | Electroquímico / Paramagnético |
El sistema CEMS LX-4000 puede monitorizar SO₂, NO, NO₂, O₂, CO, CO₂, HCl, HF y H₂O, al tiempo que mide el caudal, la presión, la temperatura y la humedad.
Este enfoque multiparamétrico resulta útil cuando una refinería tiene varias fuentes de emisión con diferentes requisitos de monitorización.
Conclusión
Para las plantas de procesamiento de petróleo y gas, un sistema CEMS fiable transforma las mediciones continuas de gases en datos de emisiones útiles. El sistema puede monitorizar los principales contaminantes, realizar un seguimiento de las condiciones cambiantes del proceso y cumplir con los requisitos normativos aplicables. Sin embargo, el rendimiento depende del sistema completo, no solo del analizador de gases. ESEGAS combina funciones de análisis, muestreo, acondicionamiento, calibración y gestión de datos de gases en sistemas CEMS diseñados específicamente para cada aplicación.
