Pólvora negra es el nombre industrial que se le da a la contaminación particulada abrasiva y reactiva presente en todas las líneas de transmisión de fluidos de gas e hidrocarburos. La pólvora negra varía de marrón claro a negro, y su composición mineral varía según el campo de producción en todo el mundo.
La pólvora negra se forma a lo largo del proceso de ductos: desde las formaciones productoras, pasando por los pozos, hasta las líneas de recolección, en los yacimientos para la separación de fluidos y a lo largo de las tuberías de transmisión. Tras el refinamiento, la pólvora negra continúa acumulándose en las plantas de gas y refinerías, los yacimientos de almacenamiento y, finalmente, llega al usuario final. La pólvora negra está compuesta de óxidos de hierro, sulfuros de hierro, diversos tipos de suciedad como sílice y calcio, así como cloruro, sodio y otras partículas.
Fuentes
La pólvora negra se produce por reacciones químicas y bacterianas en los sistemas de hidrocarburos. Desde el punto de vista bacteriano, las bacterias reductoras de sulfato y las bacterias productoras de ácido dependen de la reacción del agua y el hierro para formar sulfuros de hidrógeno que causan oxidación y, a su vez, pólvora negra. Químicamente, los tres catalizadores principales de la contaminación por pólvora negra son la humedad, el H₂S y las variaciones de temperatura o presión. En los sistemas de transmisión por ductos, la humedad constante cataliza la corrosión bacteriana y química de las paredes de acero al carbono en las tuberías y los depósitos de almacenamiento. En refinerías, plantas de proceso y depósitos de almacenamiento, la presencia de H₂S corroe todos los componentes de acero al carbono, generando más pólvora negra. Se producen cambios drásticos de temperatura y presión a lo largo del ducto, en las entradas de las ciudades, plantas de procesamiento y refinerías, que precipitan óxidos de hierro, sulfuros de hierro y azufre del gas o líquido de hidrocarburos. Estas partículas tienen afinidad consigo mismas y, a lo largo del proceso del ducto, alcanzan niveles medibles al instante, causando nubes de pólvora negra en el flujo.
Corrosión química
Cuando hay humedad, se produce corrosión, cuyo subproducto son partículas muy abrasivas de sulfuro y óxido de hierro. Estos dos componentes son similares, ya que el sulfuro se forma y reside en la tubería en ausencia de oxígeno, pero se convierte en óxidos de hierro en presencia de oxígeno. El oxígeno no tiene por qué ser libre, sino que puede provenir de la descomposición de otros compuestos que contienen átomos de oxígeno.La mayor parte de la composición de la pólvora negra es de naturaleza ferrosa o magnética. Otras fuentes de pólvora negra son la cascarilla de laminación del proceso de fabricación de tuberías, la oxidación a alta temperatura del acero y la oxidación instantánea que se genera durante las pruebas hidrostáticas de las tuberías.
Bacterias influenciaron la corrosión
Se sabe que los microbios presentes en tuberías y estructuras geológicas producen sulfuros de hierro y corrosión en las tuberías. Los microbios más comunes presentes en los gasoductos que pueden producir sulfuros de hierro son:
- Desulfovibrio desulfuricans (productores de sulfur)
- Clostridium ( bacterias productoras de ácido)
La capacidad de los microbios para corroer las superficies interiores de las tuberías depende de los mismos materiales que la corrosión química por sulfuro, es decir, agua y hierro. Además, los microbios dependen de los ácidos grasos volátiles (AGV) de cadena corta como fuente de nutrientes. Estos casi siempre se encuentran en presencia de agua en un entorno cerrado de tuberías.
Erosión
El flujo de un gas o hidrocarburo líquido por una tubería causa erosión debido al contacto entre la pared de la tubería y el medio transportado. Los principales factores que incrementan la erosión son el caudal y los niveles de contaminación presentes en el gas o hidrocarburo. El grado de erosión aumenta a medida que aumentan los niveles de contaminación por pólvora negra a medida que fluye por la tubería.
¿Por qué el polvo negro es un problema?
Dado que la mayoría de las líneas de transmisión, sistemas de transporte y depósitos de almacenamiento se fabrican con acero al carbono blando, todas las etapas de una tubería son vulnerables a la erosión de sus componentes por la exposición a la pólvora negra. Los sulfuros y óxidos de hierro dañan significativamente los componentes desde el origen de la tubería hasta la entrega del producto final, ya que, antes de la precipitación, se encuentran en niveles submicrónicos o inferiores, por lo que son indetectables al pasar por sensores y medidores. La pólvora negra, a este tamaño, daña los sellos de las bombas, los medidores, las válvulas y los componentes del compresor, ya que se deposita y desgasta en intercambiadores, bandejas, orificios y válvulas. Estos componentes e instrumentación dañados provocan restricciones de flujo y la alteración de los límites de presión.
Los ciclones, separadores y filtros cónicos y de cesta con malla fina se utilizan para reducir los niveles de contaminación por pólvora negra, pero no son eficientes a niveles submicrónicos y están sujetos a obstrucciones y pérdida de integridad estructural.Para condensados de hidrocarburos, crudo ligero o pesado, y productos refinados, se utiliza muy poca filtración. Los daños a medidores de flujo, válvulas y bombas son muy costosos. La filtración tradicional utilizada en estas aplicaciones consiste en mallas de filtro cónico y de cesta, diseñadas para detener la contaminación de más de 100 micras.
Normas de la industria
Actualmente, la mayoría de las medidas empleadas para lidiar con la pólvora negra son reactivas, no proactivas, como el raspado y los limpiadores químicos, lo que genera tiempos de inactividad y costos significativos.
Las medidas proactivas actuales consisten en tratar las tuberías de gas agrio con inhibidores de corrosión, emplear tuberías revestidas y, cuando sea posible, sustituir las tuberías de acero por tuberías de plástico.En los gasoductos, se emplea la filtración tradicional, que consiste en cartuchos filtrantes fabricados con papel, fibra de vidrio o polímero, con diversas capacidades de filtración nominales, para reducir los niveles de pólvora negra. Estas tecnologías son ineficientes porque se obstruyen rápidamente y requieren costosas sustituciones, lo que resulta en una reducción de la producción. Estas tecnologías presentan restricciones de flujo que sobrecargan los sistemas de bombeo o compresor, lo que requiere mayor potencia para mantener el flujo.
Nueva tecnología
La nueva tecnología magnética de tierras raras de BPS ofrece prácticas de gestión proactivas para reducir los niveles de contaminación, mitigando así el impacto negativo general de la pólvora negra en la integridad operativa de los oleoductos. La solución a este problema es emplear tecnología de separación magnética en puntos estratégicos del sistema de oleoductos, refinerías, plantas químicas, accesos urbanos e instalaciones de carga.En los últimos 15 años, las mejoras significativas en la tecnología magnética de tierras raras han permitido utilizar los campos magnéticos como filtro o separador, lo cual es respetuoso con el medio ambiente y el usuario, altamente eficiente y rentable.Mediante el uso de separadores de pólvora negra en formato modular para tuberías de gas e hidrocarburos de flujo completo, se elimina la contaminación por pólvora negra ferrosa y no ferrosa. Esto se logra mediante dos métodos:
- Entrada de las partículas de hierro mezcladas con el no ferroso durante el flujo.
- Carga estática naturalmente producida por el flujo de gas o fluidos a través de tuberías, llamada adhesión estática. Las partículas ferrosas y no ferrosas se cargan y se casan cuando se ponen en contacto con el flujo. Cuando están expuestos a los campos magnéticos radiales BPS, atraen y atrapan la superficie de la barra de separación magnética.
En los oleoductos y gasoductos naturales, los materiales aglutinantes como parafinas, glicoles y asfaltenos se combinan con partículas finas de hierro y arena, que quedan atrapadas en los campos magnéticos al pasar por los separadores de pólvora negra.La contaminación por pólvora negra atrapada en los separadores magnéticos se elimina fácilmente y se almacena en bolsas minerales. Cuando la composición es principalmente de sulfuros de hierro, existe la posibilidad de autoignición (llamas y brasas), por lo que se deben tomar precauciones para saturar la pólvora negra con un producto químico para neutralizarla.La extracción y el monitoreo de las cantidades de pólvora negra en puntos estratégicos a lo largo de las líneas de transmisión reducirán el factor de erosión y podrían servir como herramienta de monitoreo del ciclo de vida de las paredes de las tuberías.Los lugares privilegiados para el uso de separadores de pólvora negra con el fin de reducir los niveles de contaminación son la carga y descarga de producto en instalaciones portuarias, antes de su llegada a plantas de GNL, refinerías, plantas químicas de gas, estaciones de medición y centrales eléctricas. El producto más limpio que ingresa a estas instalaciones mejorará la producción y reducirá los costos operativos al reducir el desgaste prematuro de los componentes de los equipos de proceso.
Referencias
- ^ a b c d e "Contaminación de Polvo Negro". Black Powder Solutions. Retrieved 2017-05-25.
- ^ a b "Black Powder Solutions mantiene las líneas de petróleo y gas fluyendo". National Research Council Canada. Retrieved 2017-05-25.
- ^ "Tecnología". Black Powder Solutions. Retrieved 2017-05-25.
Enlaces externos
- http://www.blackpowdersolutions.com
- White Paper: Black Powder in the Gas Industry, R. Baldwin
- PPSA newsletter, noviembre 2008 y febrero 2009: "Movimiento de polvo negro en tuberías" por el Dr. John Smart (Parte 1, Parte 2)