Lecciones
Aprendidas
De los participantes de Natural Gas STAR
NaturalGasf
EPA POLLUTION PREVENTER
OPCIONES PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE METANO DE LOS
DISPOSITIVOS NEUMATICOS EN LA INDUSTRIA DE GAS NATURAL
(Options for Reducing Methane Emissions from Pneumatic
Devices in the Natural Gas Industry)
Resumen gerencial
Los dispositivos neumaticos activados por gas natural presurizado se usan ampliamente en la industria de gas natural,
por ejemplo en aplicaciones de controladores de nivel de Kquido, reguladores de presion y controladores de valvulas. Las
emisiones de metano de los dispositivos neumaticos, que segun calculos son del orden de los 31 mil millones de pies cubicos
por aho en el sector de produccion, 16 mil millones de pies cubicos por aho en el sector de procesamiento y 14 mil millones
de pies cubicos en el sector de transmisiones, son una de las fuentes mas importantes de emisiones de metano liberadas
por la industria de gas natural. Puede ser rentable reducir estas emisiones reemplazando dispositivos que producen alto ven-
teo con dispositivos de bajo venteo, readaptando los dispositivos de alto venteo y mejorando las practices de mantenimiento.
Los participantes de Natural Gas STAR han logrado importantes ahorros y reducciones de las emisiones de metano medi-
ante el reemplazo, la readaptacion y el mantenimiento de dispositivos neumaticos que producen alto venteo. Los partici-
pantes han concluido que la mayoria de inversiones en readaptacion se recuperan en poco mas de un aho, y los reempla-
zos en un plazo minimo de 6 meses. A la fecha, los participantes de Natural Gas STAR han logrado ahorros de 20.4 mil mil-
lones de pies cubicos mediante la readaptacion o el reemplazo de dispositivos neumaticos de alto venteo por dispositivos
de bajo venteo, lo cual representa ahorros de $61.2 millones. Los ahorros individuals variaran segun el diseho, condicion y
aspectos de operacion especificos del controlador.
Accion
Reemplazo:
Cambiar a un dispositive de
bajo venteo al final de la vida
util. Reemplazo anticipado
de unidad de alto venteo.
Readaptacion
Mantenimiento
Volumen de gas
ahorrado (miles de
pies cubicos/ano)
50 a 200
260
230
45 a 260
Valor del gas
ahorrado ($/ano)1
150 a 600
780
690
135a780
Costo de
implementation
($)
150a2502
1,350
500
Insignificantea 350
Perfodo de
recuperation de
inversion (meses)
5a12
21
9
Oa5
1Costo de gas $3.00/mil pies cubicos.
2Costo incremental del equipo de bajo venteo comparado con equipo de alto venteo.
Esta publicacion es una de la serie de resumenes de Lecciones Aprendidas desarrollados por EPA en cooperacion con la industria
de gas natural que tratan acerca de las aplicaciones superiores del Programa de Mejores Practicas Administrativas (BMP, siglas
en ingles) de Natural Gas STAR y Oportunidades Identificadas por los Participantes (PRO, siglas en ingles).
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Antecedentes
tecnologicos
La industria de gas natural utiliza una variedad de dispositivos de control para
operar valvulas y controlar los niveles de presion, flujo, temperatura o Kquido. Los
dispositivos de control pueden activarse mediante electricidad o aire comprimido,
cuando este esta disponible y es economico. Sin embargo, en la mayoria de
aplicaciones, la industria de gas usa dispositivos neumaticos que emplean
energia proveniente del gas natural presurizado.
Los dispositivos neumaticos activados por gas natural realizan una variedad de
funciones en los tres sectores de la industria de gas natural. En el sector de
produccion se utilizan aproximadamente 250,000 dispositivos neumaticos para
controlar y monitorear los flujos y los niveles de gas y Kquidos en deshidratadores
y separadores, la temperatura en regeneradores de deshidratadores y la presion
en tanques de venteo. En el sector de procesamiento se utilizan aproximadamente
13,000 dispositivos de gas neumatico para control de deshidratacion de glicol y
compresores en estaciones colectoras/impulsadoras y valvulas de aislamiento en
plantas de procesamiento (el control de procesos en plantas de procesamiento
de gas es predominantemente aire para instrumentacion).
En el sector transmision, un estimado de entre 90,000 y 130,000 dispositivos
neumaticos accionan valvulas de aislamiento y regulan el flujo de gas y la presion
en las estaciones compresoras, gaseoductos e instalaciones de almacenamiento.
Los dispositivos neumaticos tambien se encuentran en los medidores de las
estaciones de compuerta de las companies de distribucion, donde regulan
el flujo, la presion y la temperatura.
Como parte de la operacion normal,
los dispositivos neumaticos liberan
o expelen gas a la atmosfera y,
consecuentemente, son una fuente
importante de emisiones de metano
de la industria de gas natural. La
tasa de liberacion actual o niveles
de emisiones depende en gran
parte del diseho del dispositive.
Definition de dispositive
neumatico de alto venteo
Cualquier dispositive neumatico
que pierde mas de 6 pies cubicos
estandar por hora (mas de 50 mil
pies cubicos por ano) es considerado
dispositive de alto venteo por el
Programa de Natural Gas STAR.
El Cuadro 1 muestra un esquema de un sistema de control neumatico de gas.
El gas natural limpio, seco y presurizado se regula a una presion constante,
generalmente alrededor de 20 psig (libras por pulgada cuadrada leidas en el
manometro). Este suministro de gas se usa como suministro de alimentacion y
sehal. Se envia un pequeho flujo a un dispositive que mide una condicion del
proceso (nivel de Kquido, presion de gas, flujo, temperatura). Este dispositive
regula la presion de este pequeho flujo de gas (de 3 a 15 psig) en proporcion
a la condicion del proceso. El flujo fluye al controlador de valvulas neumaticas,
donde su presion variable se usa para regular el accionador de la valvula.
Para cerrar la valvula mostrada en el Cuadro 1, se dirige gas presurizado a 20 psig
al accionador, empujando asi el diafragma hacia abajo contra el resorte, el cual, a
-------
traves del vastago de la valvula empuja y cierra el tapon de la valvula. Cuando el
gas es purgado del accionador, el resorte empuja y abre la valvula. La sehal debil
indica venteo (liberacion) continua a la atmosfera. Los dispositivos electroneumaticos
usan una corriente electrica baja en lugar del bajo flujo de gas para indicar el
accionamiento de la valvula neumatica.
Cuadro 1: Esquema de dispositivo neumatico
100 +
por pi
cuadr
Ga
ibras Regulador
Igada I
3da 9
r-h
Suministro de gas regulado
s 1 20 libras por pulgada cuadrada
Medicion
del proceso
Presion de
nivel de I'quido
Flujo de
temperatura
Sehal neumatica
debil (3-1 5 libras
por pulgada cuadre
i
^. Serial de venteo
Controlador debil (continua)
neumatico
*• Senal de venteo
da)
i
^j
Flujo del proceso ^
Sehal
neumatica
fuerte
&-
Accionador de la valvula
~M Valvula de control
VI
En general, los controladores de diseho similar utilizan velocidades de purga
de estado estable similares, independientemente de la marca. Los dispositivos
neumaticos vienen en tres disehos basicos:
* Los dispositivos de venteo continua se usan para modular el flujo, el nivel
de Kquido o la presion, y generalmente liberan gas a una velocidad estable;
* Los dispositivos de venteo por accionamiento o intermitente realizan un
control de accion instantanea y liberan gas solo cuando abren o cierran
una valvula o a medida que regulan el flujo de gas; y
* Los dispositivos autonomos liberan el gas en el gaseoducto corriente abajo,
no en la atmosfera.
Para reducir las emisiones de los dispositivos neumaticos pueden emplearse las
siguientes opciones, ya sea independientemente o en combinacion:
1. Reemplazar dispositivos de alto venteo con dispositivos de bajo venteo que
tienen capacidades de rendimiento similares.
2. Instalar kits de readaptacion de bajo venteo en los dispositivos de operacion.
3. Mejorar el mantenimiento, limpieza y ajuste, reparar o reemplazar empaque-
taduras que producen fugas, tubos y sellos.
-------
Beneficios
economicos y
para el medio
ambiente
La experiencia de campo muestra que hasta un 80 por ciento de todos los
dispositivos de alto venteo pueden reemplazarse con equipos de bajo venteo o
readaptados. El Cuadro 2 lista las opciones generales aplicables para diferentes
requisites de controlador.
Cuadro 2: Opciones para reducir las emisiones de gas por tipo de controlador
Accion
Reemplazos
Alto venteo con bajo venteo
Readaptaciones
Instalar kits de readaptacion
Mantenimiento
Suministro reducido de
gas presion/reemplazo
resortes/re-bench
Reparation de fugas,
limpiezay ajuste
Cambiar ajuste de ganancia
Extraer posicionadores
innecesarios
Tipos de dispositivos neumaticos
Controladores
de nivel
X
X
X
X
X
Controladores
de presion
X
X
X
X
X
Posicionadores/
transductores
X
(electro-neumaticos)
X
X
X
X
En general, la velocidad de venteo tambien varia con la presion del suministro de
gas neumatico, la frecuencia de accionamiento y la antiguedad o condicion del
equipo. Debido a la necesidad de precision, los Controladores de operacion rapida
liberan mas gas que los dispositivos de operacion lenta. La condicion de un
dispositive neumatico es un indicador de potencial de emisiones mas importante
que la antiguedad; los dispositivos neumaticos bien mantenidos funcionan
eficientemente por muchos ahos.
La reduccion de emisiones de metano provenientes de dispositivos neumaticos de
alto venteo a traves de las opciones presentadas anteriormente producira beneficios
importantes, entre ellos:
* Rendimiento financiero como resultado de la reduccion de emisiones
de gas. Suponiendo que el precio del gas natural es $3.00 por mil pies
cubicos, los ahorros resultantes de menores emisiones pueden ser entre
$135 y $780 o mas por aho por dispositive. En muchos casos, el costo
de la implementacion se recupera en menos de un aho.
* Mayor eficiencia de operacion. La readaptacion o reemplazo total de las
unidades usadas puede proporcionar un mejor rendimiento y confiabilidad
a nivel de todo el sistema y mejorar el monitoreo de parametros tales
como flujo de gas, presion o nivel de Kquido.
-------
Menores emisiones de metano. Las reducciones en las emisiones de
metano pueden ser de 45 a 260 mil pies cubicos por dispositive por
aho, dependiendo del dispositive y de la aplicacion especifica.
Proceso de
decision
Los operadores pueden
determinar la opcion de
reduccion de emisiones de
gas mas apropiada para su
situacion siguiendo el proceso
de decision indicado a
continuacion. Dependiendo
de los tipos de dispositivos
implicados, es posible que
sea apropiado usar una o
mas opciones de reduccion
de emisiones de gas neumatico.
Cinco pasos para reducir las emisiones
de metano provenientes de los
dispositivos neumaticos:
1. Ubicar y describir los dispositivos de alto
venteo;
2. Establecer la factibilidad tecnica y costo
de alternativas;
3. Calcular los ahorros;
4. Evaluar los aspectos economicos; y
5. Desarrollar un plan de implementation.
Paso 1: Ubicar y describir los dispositivos de alto venteo. Primero los partici-
pantes deben identificar los dispositivos de alto venteo que son candidates para
reemplazo, readaptacion o reparacion. El proceso de identificacion y descripcion
puede ocurrir durante el mantenimiento normal o durante una evaluacion de los dis-
positivos neumaticos a nivel de toda la planta o especificos de la instalacion. Anote,
por cada dispositive neumatico, la ubicacion, funcion, marca y modelo, condicion,
antiguedad, vida util restante estimaday caractensticas de velocidad de venteo
(volumen y si es intermitente o continue).
La velocidad de venteo del dispositive neumatico puede determinarse mediante
medicion directa o a traves de los datos proporcionados por el fabricante. La
velocidad directa puede incluir estudios sobre embolsado en instrumentos
seleccionados, mediciones de muestreo de alto volumen (vea "Inspeccion directa y
mantenimiento en estaciones de compresor", Lecciones Aprendidas), o el metodo
de medicion de fugas estandar del operador. Los operadores determinaran que
no es necesario medir las velocidades de venteo en cada dispositive. En la mayoria
de cases, es suficiente obtener muestreos de medicion de algunos dispositivos.
La experiencia indica que las tasas de venteo de los fabricantes se subestiman,
por lo tanto deben obtenerse datos de medicion cuando sea posible.
El Apendice A contiene informacion relacionada a marcas, modelos y emisiones
de gas - segun datos proporcionados por los fabricantes - para varies dispositivos
neumaticos. Esta no es una lista completa pero cubre los dispositivos usados mas
comunmente. Tambien incluye datos reales de campo sobre volumenes de venteo,
si estan disponibles.
Paso 2: Establecer la factibilidad
tecnica y costo de alternativas.
Casi todos los dispositivos neumaticos
de alto venteo pueden reemplazarse
o readaptarse con equipos de bajo ven-
teo. Consulte con su distribuidor
de dispositivos neumaticos o con un
especialista en instrumentacion para
obtener informacion sobre disponibilidad,
especificaciones y costo de dispositivos
Sin embargo, algunos dispositivos de
alto venteo no deben reemplazarse con
dispositivos de bajo venteo. El control
de valvulas de gran tamano que requiere
respuesta rapida y/o precisa a cambios
del proceso a menudo requiere contro-
ladores de alto venteo. Estos se encuen-
tran con mayor frecuencia en contro-
ladores de presion de descarga y desvio de
compresores grandes. EPA recomienda
contactar a los distribuidores para obtener
informacion sobre nuevos dispositivos
de bajo venteo y accion rapida.
-------
apropiados. Los dispositivos de bajo venteo pueden solicitarse especificando
volumenes de venteo menores de 6 pies cubicos estandar por hora
(scfh, siglas en ingles). Es importante anotar que no todos los fabricantes
reportan volumenes de venteo de la misma manera, y las companies deben
tomar precauciones al hacer compras de dispositivos de bajo venteo.
El Apendice B lista datos de costos de muchos dispositivos neumaticos
de bajo venteo, y resume la compatibilidad de los kits de readaptacion con
diversos controladores. Esta no es una lista completa pero cubre la mayoria
de dispositivos mas comunmente usados.
El mantenimiento de dispositivos neumaticos es un metodo economico de
reducir emisiones. Todas las companies deben considerar el mantenimiento
como parte importante de su plan de implementacion. La limpieza, ajuste y
reparacion de empaquetaduras, tubos y sellos que producen fugas puede
ahorrar entre 5 y 10 pies cubicos estandar por hora por dispositive. El ajuste
para una operacion sobre un mayor rango de banda proporcional a menudo
reduce los volumenes de venteo en un valor de hasta 10 pies cubicos estandar
por hora por dispositive. La eliminacion de posicionadores de valvula innecesarios
puede ahorrar hasta 18 pies cubicos estandar por hora por dispositive.
Paso 3: Calcular los ahorros. Determine la cantidad de gas que puede ahorrarse
con un controlador de bajo venteo, usando la medicion de campo del controlador
de alto venteo y un dispositive similar de bajo venteo en servicio. Si estos
volumenes reales de venteo no estan disponibles, use las especificaciones de ven-
teo proporcionadas por los fabricantes.
Los ahorros de gas pueden convertirse en valores monetarios de ahorros anuales
usando el calculo de $3.00 por mil pies cubicos y multiplicando la reduccion de ven-
teo, normalmente especificada en pies cubicos estandar por hora, por 8,670 horas
por aho.
Ahorros de gas = (Alto venteo, pies cubicos estandar por hora) - (Bajo venteo, pies
cubicos estandar por hora)
Ahorros anuales de gas = Ahorros de gas (pies cubicos estandar por hora) * 8,760
horas/aho * Mil pies cubicos/1000 pies cubicos estandar * $3.00/mil pies cubicos
Paso 4: Evaluar los aspectos economicos. Se puede evaluar la rentabilidad de
reemplazar, readaptar o mantener dispositivos neumaticos de alto venteo mediante
un analisis economico sencillo. Es pertinente realizar un analisis de costo-beneficio
del reemplazo o readaptacion, a menos que se requieran caractensticas de alto ven-
teo por razones de operacion.
El Cuadro 3 ilustra un analisis de costo-beneficio para el reemplazo de un controla-
dor de nivel de Kquido de alto venteo. Se analiza el flujo de efectivo en un periodo de
cinco ahos, el cual muestra la magnitud y cronograma de los costos (mostrados en
parentesis) y los beneficios. En este ejemplo, con una inversion inicial de $380 se
compra un controlador de nivel que ahorra 19 pies cubicos estandar por hora de
-------
Cuadro 3: Calculo de rentabilidad del reemplazo
Tipo de costos
Costos de implementation, $
(costos de capital)1
Ahorros anuales, $
(nuevo comparado con antiguo)2
Costos de mantenimiento, $
(controlador nuevo)3
Mantenimiento que se evita, $
(controlador reemplazado)3
Beneficio neto
Aho
0
(380)
(380)
Aho
1
498
(24)
50
524
Aho
2
498
(24)
50
524
Aho
3
498
(24)
50
524
Aho
4
498
(24)
50
524
Aho
5
498
(24)
50
524
Valor presente neto4 = $1,606
Rendimiento de la inversion = 138%
Notas:
1 Costo de cotizacion de un dispositive Fisher 2680. Vea el Apendice B.
2 Ahorro anual por dispositive calculado como el cambio en volumen de venteo de 19 pies cubicos
estandar por hora x 8,760 horas/ano = 167 mil pies cubicos/ano a $3/mil pies cubicos.
3 Los costos de mantenimiento son estimados.
4 Valor presente neto (NPV, siglas en ingles) basado en una tasa de descuento de 10% por 5 anos.
gas. A $3.00 por mil pies cubicos, el dispositive de bajo venteo ahorra $498 por
aho. Se muestran los costos anuales de mantenimiento de los dispositivos nuevo y
antiguo. El costo de mantenimiento del dispositive antiguo de alto venteo se mues-
tra como beneficio porque es un costo que se evita. El valor presente neto (NPV,
siglas en ingles) es igual a los beneficios menos los costos acumulados en cinco
ahos y con una tasa de descuento de 10% cada aho. El rendimiento de la inversion
(ROI, siglas en ingles) es la tasa de descuento a la cual el valor presente neto
(NPV) generado por la inversion es igual a cero.
El Cuadro 4 ilustra el rango de ahorros ofrecido por metodos probados para la
reduccion de emisiones de gas. Por razones de simplicidad se supone que el
costo de mantenimiento del dispositive neumatico sera igual antes y despues
del reemplazo, readaptacion o mantenimiento mejorado.
Como se ve en el Cuadro 4, algunas veces es posible que mas de una opcion
para reducir el venteo de gas sea apropiada y rentable para una aplicacion. Para las
opciones listadas, tenga en cuenta que el periodo de recuperacion de la inversion
con respecto al costo de implementacion puede variar entre menos de un mes
hasta dos ahos.
-------
Cuadro 4: Beneficios economicos de reducir las
emisiones de dispositivos neumaticos
Accion
Reemplazo
Controladores de nivel
Alto venteo a
bajo venteo
Controladores de presion
Alto venteo a
bajo venteo
Airset metal
to soft-seat
Readaptacion
Controladores de nivel
Mizer
Orificio grande
a pequeno
Boquilla grande
a pequena
Controladores de presion
Orificio grande
a pequeno
Mantenimiento
Todos los tipos
Reduction de presion
de suministro
Reparation de fugas,
reajuste
Controladores de nivel
Cambio de ajuste
de ganancia
Posicionadores
Extraction de
innecesarios
Costo1
($)
380
1,340
77
500
30
140
30
153
23
0
0
Reducciones
de volumen
de venteo2
(mil pies cubicos/
ano/dispositivo)
166
228
219
219
184
131
184
175
44
88
158
Ahorros
anuales3
($/aiio)
498
684
657
657
552
393
552
525
132
264
474
Perfodo de
recuperation
de la inversion
(meses)
9
24
1.4
9
<1
4
<1
4
2
inmediato
inmediato
Rendimiento
de la
inversion"
(porcentaje)
31
42
>800
131
>1,800
>250
>1,800
>300
>500
___
___
1Los costos de implementation representan costos promedios de los instrumentos neumaticos
marca Fisher instalados.
Deduction de tasa de venteo = cambio en volumen de venteo, pies cubicos estandar/hora x 8,760
horas/ano.
Wiorros basados en costo de gas de $3.00/mil pies cubicos.
4Rendimiento de la inversion (ROI, siglas en ingles) calculado por 5 anos.
-------
Otras
tecnologfas
Cuadro 5: Casos de estudio sobre readaptaciones para reducir
fugas de gas en instalaciones de socios de Natural Gas STAR
Estudio
Companfa 1 :
Plataforma 1
Plataforma 2
Readaptacion de
controladores de
nivel de liquido
Companfa 2:
Por dispositive
Costos de
implementation
($)
6,405
9,900
3,885
500
Reduction
de emisiones
(mil pies
cubicos/ano)
2,286
3,592
1,717
219
Ahorros
anuales
($/ano)
6,858
10,776
5,151
$657
Perfodo de
recuperation
de la inversion
(meses)
11
11
9
9
Rendimiento
dela
inversion
(%)
104
106
131
129
Los casos de estudio del Cuadro 5 anterior presentan los analisis realizados y
los ahorros logrados por dos participantes de Natural Gas STAR que instalaron kits
de readaptacion en sus instalaciones de produccion de gas.
Paso 5: Desarrollar un plan de implementacion. Despues de identificar los
dispositivos neumaticos que de manera rentable pueden reemplazarse, readaptarse
o someterse a servicio de mantenimiento, disehe un plan sistematico para imple-
mentar los cambios requeridos. Este puede incluir modificar el programa actual de
inspeccion y mantenimiento y priorizar el reemplazo o las readaptaciones. Puede
ser mas economico reemplazar simultaneamente todos los dispositivos que
cumplen con los criterios tecnicos y economicos de su analisis para minimizar
los costos de mano de obra y la interrupcion de las operaciones.
Cuando un dispositive neumatico esta al final de su vida util y se ha programado
su reemplazo, siempre que sea posible debe reemplazarse con un modelo de
bajo venteo, en lugar de un nuevo dispositive de alto venteo.
Algunas alternativas implementadas por los participantes como alternativas a
los dispositivos neumaticos activados por gas son sistemas de aire para
instrumentacion, gas de nitrogeno, controladores de valvulas electricas
y sistemas de control mecanico.
* Aire para instrumentacion. Estos sistemas sustituyen el gas natural con
aire seco comprimido en los dispositivos neumaticos, eliminando de esta
manera por completo las emisiones de metano. Los sistemas de aire para
instrumentacion normalmente se instalan en instalaciones que tienen una alta
concentracion de valvulas de control neumatico y presencia de operador a
tiempo completo (por ejemplo, la mayoria de plantas de procesamiento de gas
usan aire para instrumentacion para dispositivos neumaticos). El mayor costo
asociado con los sistemas de aire para instrumentacion son capital y energia.
Los sistemas de aire para instrumentacion son activados por compresores
electricos y requieren la instalacion de deshidratadores y tanques de volumen
para filtrar, secary almacenar el aire para instrumentacion. En general, los par-
-------
ticipantes han determinado que la implementacion rentable de sistemas de aire
para instrumentacion esta limitada a instalaciones de campo con alimentacion
electrica disponible a traves de compahias de servicio publico o autogenerada.
El estudio de Lecciones Aprendidas, "Convierta los controles neumaticos de
gas a aire comprimido para instrumentacion", proporciona una descripcion
detallada del proceso de decision tecnico y economico requerido para evaluar
la conversion de dispositivos neumaticos de gas a aire comprimido para
instrumentacion.
* Gas de nitrogeno. A diferencia de los sistemas de aire para instrumentacion
que requieren gastos de capital y alimentacion electrica, estos sistemas solo
requieren la instalacion de un cilindro de nitrogeno Kquido criogenico, el cual
se reemplaza periodicamente, y un vaporizador de nitrogeno Kquido. El sistema
usa un regulador de presion para controlar la expansion del gas de nitrogeno
(es decir, el gas presurizado) a medida que este ingresa al sistema de control.
La principal desventaja de estos sistemas es el costo del nitrogeno Kquido y
el potencial peligro de seguridad asociado con el uso de Kquidos criogenicos.
* Controladores electricos de valvulas. Gracias a los avances tecnologicos,
esta aumentando el uso de instrumentacion de control electronico. Estos
sistemas utilizan pequehos motores electricos para operar las valvulas y por
lo tanto no liberan metano en la atmosfera. Si bien requieren un suministro
constante de electricidad y tienen un alto costo de operacion, tienen la ventaja
de que no requieren el uso de gas natural ni un compresor para la operacion.
* Sistemas de control mecanicos. Estos dispositivos se han usado ampliamente
en la industria de gas natural y petroleo. Funcionan mediante el uso de una
combinacion de resortes, palancas, canales de flujo y volantes de mano. Si
bien tienen un diseho simple y no requieren gas natural ni suministro de
alimentacion electrica para funcionar, su aplicacion es limitada por la necesidad
de que la valvula de control este cerca del sistema de medicion del proceso.
Ademas estos sistemas no pueden manejar grandes fluctuaciones de flujo
y no tienen la sensibilidad que tienen los sistemas neumaticos.
Cada una de estas opciones tiene ventajas y desventajas especificas. En los casos
en que los participantes de Natural Gas STAR instalen estos sistemas para reem-
plazar dispositivos neumaticos activados a gas, deben reporter las reducciones
resultantes de emisiones y reconocer los ahorros.
10
-------
La experiencia de un socio
Marathon Oil Company evaluo 158 dispositivos de control neumatico en 50 plantas de
production usando el muestreador Hi Flow® para medir emisiones. La mitad de estos
controladores se identifico como dispositivos sin venteo (por ej., valvulas de descarga
ponderada, reguladores de accionamiento por resorte, controladores de temperatura
capilar protegidos, interruptores de presion sin venteo). Se identifico como disposi-
tivos de alto venteo a 35 de 67 controladores de nivel, 5 de 76 controladores de pre-
sion y 1 de 15 controladores de temperatura. Las emisiones de gas medidas fueron
583 pies cubicos estandar por hora en total; 86 por ciento de las emisiones pro-
cedieron de los controladores de nivel, con fugas de hasta 48 pies cubicos estandar
por hora y en promedio 7.6 pies cubicos estandar por hora. Marathon concluyo que los
"dispositivos de control con mayores emisiones pueden identificarse cualitativamente
por sonido antes de la medicion de la fuga, lo cual hace innecesario medir cuantitativa-
mente las emisiones de metano con equipo tecnologicamente avanzado".
La experiencia de un socio
Union Pacific Resources reemplazo 70 dispositivos neumaticos de alto venteo con
dispositivos neumaticos de bajo venteo y readapto 330 dispositivos neumaticos de
alto venteo. Como resultado, este participante calculo una reduccion total de emi-
siones de metano de 49.6 millones de pies cubicos por ano. Suponiendo un precio
de gas de $3 por mil pies cubicos, los ahorros corresponden al orden de $148,800.
El costo de reemplazary readaptar todos los dispositivos, inclusive materialesy
mano de obra, fue $118,500, lo cual resulta en un perfodo de recuperacion de la
inversion de menos de un ano.
Lecciones
aprendidas
Las lecciones aprendidas de los participantes de Natural Gas STAR son:
* Si escucha o siente las emisiones, reemplace el dispositive. Si las emisiones
pueden escucharse o sentirse, es una indicacion de que las emisiones son
suficientemente significativas para requerir accion correctiva.
* La frecuencia de ciclo de la valvula de control es una indicacion de emisiones
excesivas. Cuando los dispositivos funcionan mas de una vez por minuto,
pueden reemplazarse o readaptarse de manera rentable.
* Las especificaciones de volumen de venteo indicadas por el fabricante no son
necesariamente las que experimentaran los usuarios. Los volumenes reales
de venteo generalmente excederan las especificaciones del fabricante debido
a que las condiciones de operacion pueden ser diferentes a los supuestos
del fabricante, y dependen tambien del ambiente de instalacion y del
mantenimiento.
* Combine la readaptacion o reemplazo de equipos con mejores actividades de
mantenimiento. No pase por alto soluciones simples tales como reemplazar
tubos o accesorios o cambiar la disposicion de los controladores.
* Los orificios pequehos de los dispositivos de bajo venteo y de los kits de
readaptacion pueden obstruirse debido a desechos y corrosion de los tubos.
Por lo tanto, las tubenas y gasoductos de suministro neumatico deben
lavarse antes de realizar una readaptacion con dispositivos de orificios
mas pequehos, y los filtros de gas deben recibir un buen mantenimiento.
11
-------
Al reemplazar sistemas de control neumatico activados por gas natural
presurizado, ya sea con sistemas de aire para instrumentacion o de otro
tipo, no olvide considerar los ahorros provenientes de la reduccion resultante
de emisiones de metano.
Incluya la reduccion de emisiones de metano provenientes de dispositivos
neumaticos en los informes anuales presentados como parte del Programa
de Natural Gas STAR.
Nota: La informacion de costo provista en este documento se basa en calculos para
Estados Unidos. Los costos de equipo, mano de obra y el valor del gas variaran
dependiendo del lugar, y podrian ser mayores o menores que en los Estados
Unidos. La informacion sobre costo presentada en este documento solamente debe
usarse como guia al determinar si las tecnologias y las practicas son convenientes
economicamente para sus operaciones.
Burlage, Brian, Fisher Controls International, Inc., contacto personal.
Referencias
Colwell, Chris, Masoneilan, contacto personal.
Fisher Controls International, Inc. Pneumatic Instrument Gas Bleed Reduction
Strategy and Practical Application.
Frese, Jack, Norriseal, contacto personal.
Garvey, J. Michael, DFC Becker Operations, contacto personal.
Hankel, Bill, Ametek - Division PMT, contacto personal.
Henderson, Carolyn, U.S. EPA Natural Gas STAR Program, contacto personal.
Husson, Frank, ITT Barton, contacto personal.
Loupe, Bob, Control Systems Specialist Inc., contacto personal.
Murphy, John, Bristol Babcock, contacto personal.
Radian Corporation. Pneumatic Device Characterization. Draft Final Report,
Gas Research Institute and U.S. Environmental Protection Agency, enero de 1996.
Tingley, Kevin, U.S. EPA Natural Gas STAR Program, contacto personal.
Wilmore, Martin R., Shafer Valve Company, contacto personal.
Ulanski, Wayne. Valve and Actuator Technology. McGraw-Hill, 1991.
12
-------
Apendice A
La siguiente tabla contiene los volumenes de venteo declarados por los fabricantes.
Se incluyen, cuando es posible, los volumenes reales de venteo. Ocurriran
discrepancias debido a una variedad de razones, entre ellas:
* Mantenimiento.
* Condiciones de operacion.
* Diferencias entre los supuestos del fabricante y los de operacion.
Es importante anotar que la informacion del fabricante no ha sido verificada
por terceros y pueden existir grandes diferencias entre los volumenes de venteo
declarados por los fabricantes y los hallados durante las operaciones. A menos
que tengan informacion completa disponible, las companies deben tener cuidado
al comparar los volumenes de venteo en unidades estandar (pies cubicos por hora)
en las comparaciones de fabricantes y modelos. Durante este estudio hallamos
que los fabricantes presentaron informacion sobre una amplia gama de unidades
y supuestos de operacion diferentes.
Volumen de venteo de diversos dispositivos neumaticos
Modelo de
controlador
Tipo
fndice de consumo
(pies cubicos por hora)
Datos del
fabricante
Datos de campo
(si estan
disponibles)
Dispositivos neumaticos de alto venteo
** Fisher Serie 41 00
** Fisher Serie 2500
*lnvalco AE-155
*Productos Moore -
Modelo 750P
*lnvalco Serie CT
** Fisher 41 50/41 60K
** Fisher 546
** Fisher 3620J
Foxboro 43AP
**Fisher3582i
** Fisher Serie 41 00
** Fisher DVC 6000
** Fisher 846
**Fisher4160
** Fisher 2506
** Fisher DVC 5000
**Masoneilan 4700E
** Fisher 3661
Controlador de presion
(orificio grande)
35
Controladores de nivel de liquido 1 0-34
(P.B. en rango medio)
Controlador de nivel de liquido
Posicionador
42
Controladores de nivel de liquido 40
Controlador de presion
(P.B. 0610)
Transductor
Posicionador electro-neumatico
Controlador de presion
Posicionador electro-neumatico
Controlador de presion
(orificio pequeno)
Posicionador electro-neumatico
Transductor
2.5-29
21
18.2
18
17.2
15
14
12
44-72
44-63
34-87
Controlador de presion (P.B. 0.5) 1 0-34
Controlador de receptor (P.B. 0.5) 1 0
Posicionador electro-neumatico
Posicionadores
Posicionador electro-neumatico
10
9
8.8
13
-------
** Fisher 646
** Fisher 3660
**ITT Barton 335P
*Ametek Serie 40
Transductor
Posicionador neumatico
Controlador de presion
Controladores de presion
7.8
6
6
6
Dispositivos neumaticos de bajo venteo o sin venteo
**Masoneilan SV
** Fisher Serie 41 95
**ITT Barton 273A
**ITT Barton 274A
**ITT Barton 284B
**ITT Barton 285B
** Bristol Babcock
Serie 5457-70F
"Bristol Babcock
Serie 5453-Modelo
624-II
Posicionadores
Controladores de presion
Transmisor de presion
Transmisor de presion
Transmisor de presion
Transmisor de presion
Transmisor
Controladores de nivel de liquido
** Bristol Babcock Controladores de presion
Serie 5453-Modelo 1 0F
"Bristol Babcock
Serie 5455 Modelo
624-III
**ITT Barton 358
**ITT Barton 359
** Fisher 361 OJ
** Bristol Babcock
Serie 502 A/D
** Fisher 4660
** Bristol Babcock
Serie 9110-OOA
Fisher Serie 21 00
** Fisher 2680
*l\lorriseal1001 (A)
(snap)
*Norriseal1001 (A)
(Envirosave)
*l\lorriseal1001 (A)
(regulador)
** Becker VRP-B-CH
** Becker HPP-5
"Becker EFP-2.0
** Becker VRP-SB
Controladores de presion
Controlador de presion
Controlador de presion 1.8
Posicionador neumatico
Controladores neumaticos
de registro
Piloto de baja/alta presion
Tranductores
Controladores de nivel de liquido
Controladores de nivel de liquido
Controlador de nivel de liquido
Controlador de nivel de liquido
Controlador de nivel de liquido
Sistema de control de presion piloto
de doble accion (reemplaza a los
Controladores y posicionadores)
Posicionador neumatico
(doble accion)
Posicionador electro-neumatico
Sistema de control de presion piloto
de accion simple (reemplaza a los
Controladores y posicionadores)
4
3.5
3
3
3
3
3
3
3
3
1.8
1.8
16
<6
<5
0.42
1
<1
0.2 0.2
0 0
0.007 0.007
0-10
0-10
0
0
14
-------
**Controlador Becker Reemplaza a los controladores 0
VRP-SB GAP tipo "vacio" neumatico
**Controlador Becker Sistema de control de presion piloto 0
VRP-SB-PID de accion simple disenado especificamente
para alimentadores del tipo para planta
generadora de energfa electrica (reemplaza
a los controladores y posicionadores)
** Becker VRP-SB-CH Sistema de control de presion 0
piloto de accion simple (reemplaza
a los controladores y posicionadores)
**Becker HPP-SB Posicionador neumatico 0
(accion simple)
Modelo de
accionador
*Shafer Serie RV
Valvula de
alabes giratorios
Accionadores
Modelo de
accionador
Tamario Datos del
fabricante
33 pulg.x32 pulg. 1,084
36 pulg.x26pulg. 768
26 pulg. x 22 pulg. 469
25 pulg. x 16 pulg. 323
20 pulg. x 16 pulg. 201
16. 5 pulg. x 16 pulg. 128
14. 5 pulg. x 14 pulg. 86
12. 5 pulg. x 12 pulg. 49
12 pulg. x 9 pulg. 22
11 pulg. x 10 pulg. 32
9 pulg. x 7 pulg. 12
8 pulg. x 6.5 pulg. 8
6.5 pulg. x 3. 5 pulg. 6
5 pulg. x 3 pulg. 6
Tamario Numero de carreras
de accion rapida
por pie cubico
**Accionadores de 20 21
valvula Fisher
**Accionadores de 30 12
valvula Fisher
**Accionadores de 34/40 6
valvula Fisher
**Accionadores de 45/50 3
valvula Fisher
**Accionadores de 46/50 2
valvula Fisher
* Ultima actualization en 1996.
** Ultima actualization en 2001.
Datos de
campo
Numero de carreras
de regulation
por pie cubico
39
22
10
5
3
15
-------
Apendice B
Controladores compatibles con readaptaciones MIZER
Tipo
Marca/numero de modelo
Controladores de nivel de liquido
Controladores de presion
C.E. lnvalco-215, 402, AE-155
Norriseal-1001,1001A
Norriseal - 4300
Precios de venta minorista sugeridos para diversos dispositivos neumaticos
de bajo venteo (calculos basados en la information disponible al momento
de la publication)
Marca/modelo
Precio por dispositivo
*ITT Barton 335P (controlador de presion)
*ITT Barton 273A (transmisor de presion)
*ITT Barton 274A (transmisor de presion)
*ITT Barton 284B (transmisor de presion)
*ITT Barton 285B (transmisor de presion)
*ITT Barton 340E (controlador de registro de presion)
*ITT Barton 338E (controlador de registro)
*Ametek Serie 40 (Controladores de presion)
* Becker VRP-B-CH
* Becker HPP-5
* Becker VRP-SB
* Becker VRP-SB-CH-PID
* Becker VRP-SB-CH
* Becker HPP-SB
*Kits de readaptacion Mizer
* Fisher 67AFR (reguladores airset)
* Fisher 2680 (Controladores de nivel de liquido)
* Fisher 4195 (Controladores de presion)
*Bristol Babcock Serie 9110-OOA (transductores)
* Bristol Babcock Serie 5453 (Controladores)
* Bristol Babcock Serie 5453 40 G (Controladores de temperatura)
* Bristol Babcock Serie 5457-624 II (Controladores)
* Bristol Babcock Serie 502 A/D (Controladores de registro)
* Bristol Babcock Serie 5455-624 III (Controladores de presion)
* Bristol Babcock Serie 5453-624 II
(Controladores de nivel de liquido)
* Bristol Babcock Serie 5453-1 OF (Controladores de presion)
$920
$1,010
$1,385
$1,605
$1,990
$1,400
$2,800
$1,100 (costo medio)
$1,575
$1,675
$1,575-$2,000
$2,075
$1,575
$1,675
$400-$600
$80
$380
$1,340
$1,535-$1,550
$1,540
$3,500
$3,140
$3,000
$1,135
$2,345
$1,440
Ultima actualizacion en 1996.
* Ultima actualizacion en 2001.
16
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&EPA
Agenda de Proteccion del Medic
Ambiente de los Estados Unidos
Aire y Radiacion (6202J)
1200 Pennsylvania Ave., NW
Washington, DC 20"™
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