Medição de Vazão em Processamento Criogênico e de Hidrocarbonetos

Por que o armazenamento em baixas temperaturas e o processamento de hidrocarbonetos são tão difíceis de gerenciar?

Quem já trabalhou com armazenamento em baixas temperaturas e processamento de hidrocarbonetos sabe que esse trabalho não é fácil. A temperatura pode cair para até -100 graus Celsius, e o gás liquefeito de petróleo (GLP) circula pelo gasoduto. Um pequeno erro pode resultar em um acidente grave. Não é tarefa simples para um medidor de vazão realizar medições precisas em condições criogênicas tão extremas.

Indústria de armazenamento criogênico e processamento de hidrocarbonetos

As atuais plantas de processamento de gás e tanques de armazenamento de baixa temperatura dependem inteiramente desses medidores de vazão criogênicos para garantir operação segura, transferência precisa de dados e controle de processo. Escolher o instrumento certo economiza tempo e esforço; a escolha errada só traz problemas.

Três principais meios de comunicação, cada um com seu próprio temperamento.

O etano líquido é o líquido mais difícil de medir.

medidor de vazão criogênico de etano

O etano, quando em estado líquido, pode atingir temperaturas de até -116 °C, com densidade variando entre 552 e 568 kg/m³ e viscosidade correspondente. O que é ainda mais preocupante é que ele pode se apresentar em estado líquido e gasoso em outros momentos, com pressões que variam de 3,5 a 29 kgf. Indústrias petroquímicas o utilizam como matéria-prima para a produção de etileno, portanto, as medições de vazão não podem ser feitas de forma leviana.

A medição do fluxo de propano líquido é relativamente melhor, mas também não é simples.

Medidor de vazão de propano

A temperatura de operação do propano líquido situa-se entre -50 °C e 40 °C, sendo mais amena que a do etano. Sua densidade, de 581 a 585 kg/m³, e sua viscosidade, de 0,19 a 0,21 cp, apresentam boa estabilidade. No entanto, a vazão varia consideravelmente, de valores muito baixos a mais de 30.000 kg/h, o que exige uma ampla faixa de medição do medidor de vazão. A pressão de projeto pode atingir 35 kgf, e o material deve ser capaz de suportá-la.

Tubulações de grande porte representam um problema para gases de hidrocarbonetos.

Medidor de vazão de gás hidrocarboneto

A medição do gás no sistema de tocha utiliza tubos com diâmetros de até 24 ou 36 polegadas. O peso molecular do gás é de aproximadamente 21,00, o coeficiente de compressão é de 0,9887 e a vazão varia de 0,1 milhão de metros cúbicos padrão a 330 milhões de metros cúbicos padrão por dia. A temperatura não é extrema, ficando em torno de 30 a 40 graus, e a pressão é de apenas 6 a 8 quilogramas de força.

Dois medidores de vazão convencionais, cada um com suas próprias vantagens.

Medidor de vazão Coriolis - caro, mas útil para propano e etano líquidos.

Quando se trata de medir etano e propano líquidos, o medidor de vazão Coriolis é o mais confiável. Ele mede diretamente a vazão mássica sem se preocupar com variações de densidade, com uma precisão de ± 0,05% ou até superior, tornando-o o mais adequado para transferência de custódia. Durante o carregamento e descarregamento de materiais, ambos os lados podem ser medidos, o que é particularmente prático.

Por que os engenheiros de instrumentação preferem usá-lo?

Independentemente de como a densidade do propano ou etano líquido se altere, a vazão mássica medida é sempre precisa e direta.
-Ampla faixa de variação, boa precisão desde vazões baixas até vazões altas.
-Um único sensor de fluxo pode medir densidade, temperatura e viscosidade, economizando vários sensores.
-Não possui peças móveis, portanto, basicamente não há necessidade de manutenção.
O medidor de vazão criogênico apresenta funcionamento estável mesmo em temperaturas abaixo de -100 graus Celsius.

Ele pode conter tubos de 3/8 de polegada a 10 polegadas, com um volume de líquido de 800 a 2000 metros cúbicos por hora e um volume de gás superior a 60000 quilogramas por hora.

Medidor de vazão mássica térmica

Medidor de vazão mássica térmica - uma opção econômica para grandes tubulações.

Os medidores de vazão térmicos são os mais econômicos para medir gases, especialmente gases em tubulações de grande diâmetro. A instalação por inserção é prática e apresenta perda de pressão praticamente nula, o que é particularmente importante para sistemas de tocha de baixa pressão. Seu princípio de funcionamento consiste em utilizar uma sonda aquecida para medir a velocidade de dissipação de calor e calcular a vazão mássica, fornecendo diretamente o valor da vazão sem a necessidade de compensação de pressão e temperatura.

Quais são os benefícios de usar medidores de vazão mássica térmica para hidrocarbonetos?
-Medição direta da qualidade do gás, economizando tempo
-Mesmo vazões baixas podem ser medidas com precisão.
-Pode ser medido desde 0,1 milhão de metros cúbicos padrão por dia até várias centenas de milhões de metros cúbicos padrão.
É barato de instalar e fácil de manter.
-Pode interagir com o sistema DCS usando o protocolo HART
Ele também pode exibir o peso molecular em tempo real, o que é bastante útil.

Um medidor de vazão térmico é mais adequado para locais próximos à pressão atmosférica, como tanques de separação por tocha.

Preste atenção a estes pontos ao escolher um medidor de vazão.

A pressão e a temperatura não devem depender apenas das condições de trabalho.

Não se limite a observar a temperatura e a pressão durante a operação normal; é preciso considerar o limite de projeto. Embora o medidor de vazão de etano líquido opere a -116 °C, ele é projetado para suportar uma pressão de 43,5 kgf em uma faixa de temperatura de -118 °C a 65 °C. O propano líquido também é utilizado, com uma faixa de temperatura de -52 °C a 115 °C, e uma pressão de 35,7 kgf. O material deve ser selecionado corretamente e não deve ser quebradiço em baixas temperaturas.

Medidores de vazão ATEX são frequentemente necessários.

Esta situação caracteriza-se como uma área classificada como Zona 1, com gás do grupo IIA e temperatura do grupo T3. O medidor de vazão deve possuir certificação ATEX e grau de proteção contra explosão Ex'd. É também necessário o grau de proteção IP 67; caso contrário, poderá ser danificado pela água e poeira.

O sinal de saída do medidor de vazão deve ser capaz de se conectar.

Agora, todos estão conectados a sistemas DCS e o protocolo HART é padrão. Adicionando um sinal analógico de 4-20 mA e um sinal digital HART ou MODBUS RTU, os parâmetros podem ser configurados e as informações de diagnóstico podem ser visualizadas remotamente. Medidores de vazão digitais avançados ou medidores de vazão analógicos para baixas temperaturas podem transmitir vários dados simultaneamente, incluindo vazão, densidade, temperatura e medição acumulada, facilitando o controle.

Diversas considerações para a instalação

Ao escolher um medidor de vazão adequado, não se concentre apenas na vazão máxima.

Muitas listas de engenheiros baseiam-se unicamente na suficiência da vazão máxima, o que não é correto. Depende de três pontos: vazão mínima, vazão normal e vazão máxima. Os medidores de vazão Coriolis geralmente apresentam maior precisão na faixa de 20% a 100%, enquanto os medidores de vazão térmicos têm uma faixa mais ampla. Somente quando os três pontos de vazão estiverem dentro da faixa de precisão, a tabela pode ser considerada selecionada corretamente.

A queda de pressão não pode ser ignorada.

Principalmente em sistemas de fluxo por gravidade ou baixa pressão, a queda de pressão é extremamente prejudicial. O medidor de vazão Coriolis pode suportar uma queda de pressão de até 0,3 kgf, enquanto o medidor térmico praticamente não apresenta queda. Após os cálculos, é fundamental escolher o medidor adequado, caso contrário, o líquido vaporizará facilmente, a pressão a jusante será insuficiente e todo o sistema entrará em colapso.

Os certificados de calibração devem estar completos.

A precisão deve ser garantida e a calibração regular é essencial. Os medidores de vazão Coriolis geralmente são calibrados com água ou hidrocarbonetos leves antes de saírem da fábrica, e um certificado de calibração é fornecido, incluindo as condições de teste, registros de pressão e verificação da faixa de medição. Para a transferência comercial, este certificado deve estar presente e ser rastreável.

Resumindo

A escolha de medidores de vazão para etano líquido, propano líquido e gases de hidrocarbonetos exige uma compreensão clara das condições do processo, das propriedades do fluido e dos requisitos reais.

Para medições de líquidos, embora o medidor de vazão Coriolis seja caro, ele oferece alta precisão, é confiável e o investimento vale a pena. Para medições de gás em tubulações de grande diâmetro, os medidores de vazão térmicos são a opção mais econômica, com baixa perda de carga, instalação e manutenção de baixo custo.

A indústria de processamento de hidrocarbonetos e baixas temperaturas é caracterizada por temperaturas extremas, grandes variações de pressão e uma ampla faixa de vazão. Sem medidores de vazão confiáveis, a operação torna-se inviável. A escolha correta do medidor, a precisão das medições, o atendimento às especificações e a estabilidade do sistema representam uma grande economia em comparação com a diferença de preço entre os modelos.

Perguntas frequentes

P1: Ainda é necessário um medidor de vazão Coriolis para baixas temperaturas para medir propano à temperatura ambiente? É muito caro?

Resposta: É realmente necessário usá-lo. Embora esteja à temperatura ambiente, a densidade do propano ainda varia com a temperatura. O medidor de vazão Coriolis mede diretamente a massa sem afetar a densidade, com uma precisão de ± 0,05%. Essa precisão é necessária para a transferência de dados. Além disso, ele pode medir a densidade e a temperatura por conta própria, economizando o custo de comprar outro medidor. Após os cálculos, na verdade não há prejuízo.

Q2: Qual medidor é usado para medir o gás em uma tubulação de 24 polegadas para maçarico à temperatura ambiente? Placas de orifício são baratas, por que não usá-las?

Resposta: Os medidores de vazão mássica térmica são os mais adequados. Seu uso é economicamente vantajoso para tubulações de grande diâmetro, pois permitem a medição direta da vazão mássica sem a necessidade de compensação de pressão e temperatura. A principal vantagem é a baixa perda de pressão, já que o sistema de aquecimento por chama opera em baixa pressão, o que impede sua ocorrência. Embora as placas de orifício sejam baratas, a perda de pressão permanente é muito grande, inviabilizando seu uso em sistemas de baixa tensão.

Q3: Qual a utilidade do "visor de peso molecular em tempo real" no medidor de vazão térmica?

Resposta: Essa função é bastante prática. Os medidores de vazão conseguem detectar mudanças no peso molecular do gás, e uma mudança no peso molecular indica uma mudança na composição do gás. Se houver problemas com o processo ou alterações na alimentação, eles podem ser detectados com antecedência, o que equivale a ter múltiplos métodos de monitoramento. O operador olhou para esse número com confiança.

P: Existe alguma opção mais barata que o método Coriolis para líquidos à temperatura ambiente que não exijam alta precisão?

Resposta: Sim, os medidores de vórtice, os medidores de turbina e os medidores de engrenagem elíptica são todos mais baratos. Mas esses medidores medem a vazão volumétrica e, para calcular a massa, são necessários densímetros de alta precisão, termômetros e um integrador de fluxo. O sistema se torna mais complexo e há mais fontes de erro. Se não houver problema de orçamento, seria mais conveniente usar o medidor de Coriolis.