Influencia de la caracterización de los pesados en la determinación del punto de rocío al hidrocarburo

Abstract

En la industria del gas natural y específicamente en los puentes de medición fiscal, a partir de este momento denominados PM; que interconectan al midstream con el downstream, el punto de rocío al hidrocarburo, a partir de este momento denominado PRHC; es uno de los principales parámetros utilizados para el control de la calidad del gas procesado. En la República Argentina, el PRHC debe cumplir con las especificaciones de venta establecidas por la normativa vigente para el transporte y la distribución del gas natural. De acuerdo con la Norma NAG-602/19 , en los PM es obligatorio informar el punto de rocío al hidrocarburo y se especifica que sea

→ Calculado de manera frecuente: Empleando por ejemplo el Método de Hadden. Este método es iterativo y para calcular el PRHC emplea reportes cromatográficos y constantes de equilibrio de cada componente (Ki). El cálculo que realiza puede presentar porcentajes de error mayor al 5%, debido a que estas constantes se obtienen de cartas gráficas dadas a una presión de convergencia preestablecida para un rango definido de concentraciones de la pseudomezcla binaria CH4 – C2+. Para agilizar el cálculo, se pueden parametrizar las cartas y, aun así, ante cambios considerables en la calidad de gas no se garantizan valores de Ki que sean representativos para la composición y concentración de la mezcla real. Otra alternativa consiste en caracterizar los componentes más pesados que el pentano para obtener la composición y concentración del pseudocomponente (C6+) y a partir de allí adquirir su constante de equilibrio (KC6+). La desventaja radica en que este valor es fijo y si en un momento determinado hay cambios considerables en la composición del gas, dejará de ser representativo. En esta situación, el cálculo del PRHC puede resultar erróneo.

→ Medido en el punto de interés: Como método de control y para obtener el valor de referencia, al menos una vez al mes la medición se realiza in-situ mediante el enfriamiento del gas muestreado. El enfriamiento y en consecuencia la disminución de temperatura, se logra a expensas de la expansión isoentálpica de un refrigerante gaseoso. El más empleado es dióxido de carbono (CO2(g)).

El instrumento utilizado, es un higrómetro conocido como Bureau of Mines y su empleo implica mediciones puntuales, que no resultan representativas para detectar desviaciones tempranas del PRHC calculado. El Bureau of Mines, se debe utilizar bajo la Norma ASTM D-1142 .

En los puentes de medición fiscal, el PRHC medido puntualmente se utiliza para validar el PRHC calculado y haciendo uso de la ecuación de estado de Peng-Robinson, se corrige y se informa la temperatura de rocío (a partir de ahora denominada TPRHC) a P= 5500 [kPa (abs)] para cumplir con la especificación establecida por la Norma NAG-602/19: la temperatura de rocío al hidrocarburo, corregida a una presión de cinco mil quinientos kilo-pascales absolutos, debe ser menor a menos cuatro grados Celsius TPRHC @ P= 5500 [kPa (abs)] < T= -4 [°C]

La caracterización de los hidrocarburos pesados a partir de C2+ es de suma importancia a la hora de calcular el punto de rocío al hidrocarburo. Un método incorrectamente empleado y/o datos de entrada no representativos, pueden arrojar valores erróneos y dejar al gas fuera de especificación. En este contexto, se pueden generar cuantiosas multas a las empresas que operan aguas arriba del puente de medición e incluso el ente regulador puede ordenar el cierre del mismo. Por lo mencionado, este trabajo parte de la iniciativa que se tuvo en gabinete para buscar los disparadores del proyecto y proponer una metodología útil, cuyo objetivo sea detectar en tiempo real, desviaciones tempranas en el PRHC calculado. Estas desviaciones se pueden generar por

→ Una deficiente caracterización de hidrocarburos pesados: Cuya composición y concentración están íntimamente ligadas a la procedencia del gas, e impactan considerablemente en el cálculo del PRHC. → Reportes cromatográficos no representativos: Se dan cuando no se utiliza el gas patrón adecuado para calibrar y configurar el cromatógrafo.

Para desarrollar la metodología y así lograr el objetivo, se hace foco en un puente de medición fiscal específico, se considera la influencia del proceso de la planta ubicada aguas arriba y se realiza un relevamiento de las mediciones, que de manera on-line, se efectúan en el PM. Luego, con el uso del Bureau of Mines y del simulador de procesos HYSYS, se procede a la validación del PRHC calculado, se analizan los resultados y se propone el método de mejora. El puente de medición fiscal relevado, pertenece a una importante empresa productora de gas natural con instalaciones ubicadas en un yacimiento de la formación Vaca Muerta. Por razones de confidencialidad, no se da el nombre de la empresa y para el desarrollo del proyecto se utilizará una identificación ficticia del puente de medición (PM-0023x). Aguas arriba de dicho puente, el gas proviene de una planta de ajuste de punto de rocío tipo LTS (Low Temperature Separation), cuyos parámetros de operación impactan directamente en el cálculo e informe de la temperatura de rocío. Aguas abajo del PM-0023x, la producción de gas, aproximadamente de Q= 4 [MMSm3/d] ingresa a uno de los principales gasoductos troncales de transporte y distribución.

Con los resultados del estudio, se propone una metodología sistematizada y de rápida implementación para obtener reportes cromatográficos y las correspondientes constantes de equilibrio (Ki) de cada componente. Si ambos parámetros arrojan valores representativos, se pueden utilizar para → Preparar muestras de gas patrón. → Posterior calibración y configuración del cromatógrafo on-line ubicado en el PM-0023x. → Caracterizar hidrocarburos pesados.

Si la metodología propuesta se integra al sistema de control, es posible realizar en tiempo real correcciones de los valores que toma el algoritmo del puente de medición para calcular y reportar en línea el PRHC. Bajo este escenario se reducen significativamente las diferencias entre el cálculo del PRHC que realiza el PM y la medición que se efectúa con el Bureau of Mines. Adicionalmente, cuando se produzcan desviaciones considerables de los parámetros operativos de la planta LTS ubicada aguas arriba del PM-0023x, la metodología implementada permite emitir alertas y recomienda valores para ajustar parámetros de proceso.

In the natural gas industry and specifically in fiscal measurement bridges, from this moment on called MP; connecting the midstream with the downstream, the hydrocarbon dew point, from this moment on called HCDP; is one of the primary parameters used for controlling the quality of the processed gas. In the Argentine Republic, the HCDP must comply with the sales specifications established by current regulations for the transportation and distribution of natural gas. According to Standard NAG-602/19, in MP it is mandatory to report the hydrocarbon dew point and it is specified that it should be → Calculated frequently: Using, for example, the Hadden Method. This method is iterative and to calculate the HCDP it uses chromatographic reports and equilibrium constants of each component (Ki). The calculation carried out may present error percentages greater than 5%, because these constants are obtained from graphic charts given at a pre-established convergence pressure for a defined range of concentrations of the binary pseudomixture CH4 – C2+. To speed up the calculation, the charts can be parameterized and, even so, in the event of considerable changes in gas quality, Ki values that are representative of the composition and concentration of the real mixture are not guaranteed. Another alternative is to characterize the components heavier than pentane to obtain the composition and concentration of the pseudocomponent (C6+) and from there acquire its equilibrium constant (KC6+). The disadvantage is that this value is fixed and if at a given time there are considerable changes in the composition of the gas, it will no longer be representative. In this situation, the HCDP calculation may be erroneous. → Measured at the point of interest: As a control method and to obtain the reference value, at least once a month the measurement is carried out in-situ by cooling the sampled gas. Cooling, and consequently the decrease in temperature, is achieved at the expense of the isenthalpic expansion of a gaseous refrigerant. The most used is carbon dioxide (CO2(g)). The instrument used is a hygrometer known as Bureau of Mines and its use involves specific measurements, which are not representative for detecting early deviations from the calculated HCDP. The Bureau of Mines must be used under ASTM D-1142 Standard.