GE Energy Measurement and Control Os maiores desafios na medição de vazão no Offshore: Gás de Flare e CO2! Claudio Makarovsky Strategic Account Executive
Porque desafio? Rangeabilidade de até 4000:1 Pressões de ligeiramente negativa a ligeiramente positiva Grande diâmetros até 2000mm Velocidades de 3 ( convecção)a 130 m/seg. Composições de H2 puro a CnHn,a CO2 puro. Contaminantes agressivos: H2S, HF, CO.
Medição Ultrassônica de Vazão Velocidade = Distância / Tempo Distancia = Dimensão da Seção do Tubo/Carretel Tempo = Tempo de viagem do sinal ultrassônico nadar contra a correnteza é sempre mais difícil V P 1 1 P 2 cos tdn tup 2 cos t dn t t up
Por que medir a vazão do gás de flare? CONTABILIDADE Base da Carga do Flare Tipicamente desconhecida Balanço de Massa Completar o Balanço Direcionar uma redução do Gás de Flare PRODUTO A CRU AMBIENTAL PRODUTO B Relatórios Obrigatórios Evitar Penalidades PRODUTO C EPA, TCEQ, SCAQMD, EU, Kyoto, BOEMRE, 40CFR Part 98 (GHG), FEEMA, CETESB FLARE CONTROLE DO VAPOR Injeção de vapor Queima completa Operação sem fumaça Consumo Alto custo Vazão controlada Peso molecular Vapor proporcional RECUPERAÇÃO POR COMPRESSÃO Gas de Flare como combustível DETECÇÃO DE VAZAMENTOS Peso Molecular Identificação da fonte Vazamento de Válv Potencialmente 1000 s na Gas de Lixo Forno Process Unit 1 2 3 4
Transdutores do Gas de Flare Configuração de Instalação
Instalação na linha de Gás de Flare Diagonal 45 para tubos 14-inch/350 mm
P12 Startup 20/04/2012
Instalação na linha de Gás de Flare Bias 90 Mid-radius para tubos 16-inch/400 mm
A célula de vazão do Gás de Flare Quando os transdutores ultrassônicos são colocados um em relação ao outro para medir vazão, uma célula de vazão é criada. Há dois tipos principais: Carretel Hot-tap (ou cold-tap) Hole-saw Pilot-drill
g g Range de Velocidade Extendida Metodologia: Projeto do Transdutor Dimensão, Separação e Frequencia Nós temos projetado nossos transdutores com a frequência de 100 khz e instalamos com um a comprimento de passo de ~7.0. z 30 25 20 M = 0.1 M = 0.2 M = 0.3 M = 0.4 M = 0.5 Downstream Beam Drift (a) L R Propogação do som através de um meio num campo próximo e num campo longe - nominalmente separada pela Distancia de Rayleigh L R. 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90?? Upstream Beam Drift 0-5 -10 (b) Angulo de Recuperação A recuperação do ângulo é a juzante do transdutor girando-o em 6 0 em relação ao fluxo. -15-20 -25-30 -35 M = 0.1 M = 0.2 M = 0.3 M = 0.4 M = 0.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90?? (a) Desvio do ângulo do fecho ultrassônico a juzante como uma função do ângulo a diferentes números de Mach; (b) Desvio do angulo do fecho a montante como função do ângulo a diferentes números de Mach. 45º Flow P~6.5 to 7.8 Transducer Transducer 6º
A Performance é verificada pela calibração rastreável por documentos de referência pelo National Standards (NIST)
3) Efeito Estufa: Lidando com CO2 Medição de Vazão com alto teor de CO2 A vazão de Gás de Flare com alta concentração de Dióxido de Carbono está se tornando uma importante medida na indústria petroquímica. De fato, há muitas novas legislações para monitoramento de gases estufa emitidas pela EPA nos USA sob o 40CFR Relatório Mandatório de Gases de Estufa ; Regra Final. O monitoramento de Gas de Flare para cálculo das emissões de CO2 emissions é obrigatório sob a Parte 98 e cobre as plantas petroquímicas..
Medição de Vazão com Alto Teor de CO2 Atenuação do CO2 Conhecido por ter um efeito atenuante sobre o ultrassom, bem caracterizado desde 1950). (1951, Rev of Modern Physics, Vol 23, page 353) Atenuação Clássica: Devido a viscosidade, etc. Efeito de Absorção: Absorção de Energia pelas moléculas de CO2 Dados coletados de gases de flare pela Exxon
Medição de Vazão com Alto Teor de CO2 Estudo sobre a atenuação do CO2 foi conduzido em 2005 para modelar os efeitos sobre o ultrassom. Um transdutor transmite ondas acústicas por um meio acústico (uma mistura de CO 2 e N 2 ) e um transdutor recebe essas ondas. A precisão do medidor é limitado pelo ruído do sinal, não pela concentração de CO2 Vi V t o / V i e Da equação acima, podemos ver que a força do sinal está somente associada com a densidade e o fator de atenuação da mistura de gases. r Df c Vo Uma variedade de transutores, a diferentes frequências, são usados na medição de gás de flare. Transdutores Disponíveis Relação da força do sinal a fração de CO 2 no N 2. Soluções são fornecidas baseadas na disponibilidade da configuração da tubulação e condições do gás.
Avaliação de Aplicações Específicas com CO2 Typical flare gas application Typical flare gas application Power Plants Min Press (barg) Max Press (barg) Temp. (degree C) Pipe Size (Meter Size) Pipe Schedule Flow Rate (MMSCMD) CO 2 mole% Mcycles/atm (100 khz)/ min P Mcycles/atm (100 khz)/ max P I 15 20 22.28 DN450 Sch40 4.543 20%+ 0.0067 0.005 II, III, IV 40 60 22.61 DN400 Sch40 3.936 20%+ 0.0025 0.00167 T N 15 20 30.01 DN250 Sch40 1.343 20%+ 0.0067 0.005 Customer Example: Higher Pressure application Press (barg) Press (atm) Temp. Pipe Size (degree C) (Meter Size) Pipe Schedule Flow Rate (MMSCMD) CO 2 mole% Mcycles/atm XGM with 200 0.146 1.39 1.372 185??? 78.5-90 khz BWT XGM with T14 1.59 1.57 65??? 78.5-90 0.063 Customer Example: Lower Pressure
Process Applications with CO2 Power Plant Coke Process Blast Flare-CO2 Natural Gas H2 Blow Oven Gas BFG Furnace Recovery Application Transport Process (1%) Process process by (COG) COG COG Steel (LDG) Flue Stack (Flue) Gas Flare Injection Flare Qty/Size 9 24" 1 x 14" 1 x 400mm 1 x 3" 1 1 x 40" 1 x 40" 1 x 1829 mm 6.34 meter 1 1 x 40" 1 x 24" 3 x 12-24" 1 x 36" location Kazakhstan Wyoming, USA California,USA East europe Japan Asia Japan Japan Japan Spain Asia Japan Texas, USA Texas, USA Wyoming, USA User IHC/SBM Exxonmobil Exxon ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- Oil co. Amoco Install date 2005 2004 2003 <2009 2008 2007 <2008 2008/2009 2009 2005 2007 2008 2008 ~1995 1994 pressure 28 bar (600#) 2.04 bar 1.08 bar 3 bar 1.039 bar 1.045 bar 1.196 bar amb (1 bar) amb (1 bar) 1.078 bar 1.062 bar 1.55 bar 1-1.3 bar amb (1 bar) Composition Methane 51.076 1.5 26.6 29.2 1.4 Nitrogen 0.562 3 48 2.3 3.4 18.1 71.8 54.1 Ethane 10.785 2.3 0.82 Propane 5.335 0.62 Iso-butane 0.765 N-butane 1.511 Iso-Pentane 0.401 N-pentane 0.394 CO2 5.649 69 100 7 100 3.1 2 2.1 16.4 14.2 20.7 23 97.16 85-90 >95 CO 22 8.4 6.1 64.6 22 H2S 22.076 Hydrogen 12 18 56.4 56.4 0.9 3.2 Hexane C6+ 0.65 H2O 0.796 5 10.88 Other 14.5 2.9 98 0.5 77 15-Oct <5 Oxygen 0.3 3.12 Uma das principais características que diferenciam o medidor da GE Sensing de outros medidores ultrassônicos é a potência dos transdutores que nós projetamos e usamos. Essa instalação é em tubo de 14 inch, com um passo de 19 inch., em CO2 100% puro. Temperatura é ambiente e a pressão aproximadamente 30 PSIA. Gráfico de freq/pressão =0.05 com um transdutor de 100 khz.
Desenvolvimento de novas tecnologias no Brasil: GRC e CAC GE Measurement & Control Virgilio B. Ramos Gerente de Vendas virgilio.b.ramos@ge.com
Global Research: market-focused R&D First US industrial lab Began 1900 in Schenectady, NY Founding principle improve businesses through technology One of the world s most diverse industrial labs Cornerstone of GE s commitment to technology
History of innovation 1909 Ductile tungsten 1913 Medical X-ray 1927 First television broadcast reception 1932 Langmuir Nobel Prize in chemistry 1938 Invisible/glareless glass 1942 First US jet engine 1953 LEXAN TM polycarbonate 1955 Man-made diamonds 1962 Semi-conductor laser 1973 Giaever Nobel Prize in physics 1984 Magnetic resonance imaging 1994 GE90 composite fan blade 1999 Digital X-ray 2004 Lightspeed VCT
3,000 technologists strong Global Research Center Niskayuna, NY John F. Welch Technology Center Bangalore, India China Technology Center Shanghai, China Global Research Europe Munich, Germany
5º Global Research Center Rio de Janeiro
5º Global Research Center Rio de Janeiro Abertura em 2013 1 a Univesidade corporativa GE fora dos EUA 200 pesquisadores e engenheiros Tecnologias avançadas em: Petróleo e Gás Energia Renovável Mineração Ferrovias e aviação
5º Global Research Center Rio de Janeiro
5º GRC Rio de Janeiro
Role of Global Research
Role of Global Research Delivering core technologies for NPIs + productivity Discovering new technology opportunities Establishing foothold in advanced technologies Spreading technology across businesses Developing world-class talent Connecting with the world s technology
Developing world-class talent Physicists Electrical Engs Sustainable Energy Innovation occurs at the intersection of disciplines Biologists Advanced Propulsion Computer Scientists Energy Conversion Innovation Organic Electronics Molecular Medicine Material Scientists Mechanical Engs Nanotechnology Mathematicians Chemists
Connecting with the world s technology GE Global Research Governments Customers Universities Other Companies
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Efficiency Reliability Energy technology objectives Diverse nuclear coal gas wind oil geothermal biomass hydro solar + Efficient Emissions Driving cost of electricity down Affordable, reliable & environmentally responsible
Innovation as a process
GE Global Research World-class team of technologists connected to the GE businesses Partnering with customers, industry and academia Developing advanced technology that continues to change the world
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