Evaporizador
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Evaporizador

on

  • 1,692 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,692
Views on SlideShare
1,692
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
6
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Evaporizador Document Transcript

  • 1. Vaporizadores de agua de mar para gas natural licuado FRANCESC ESTRANY CODA, JORDI DOSTA PARCERISA, JUDITH PÉREZ GONZÁLEZ, SORAYA MUÑOZ CAMEO Y ÓSCAR RODRÍGUEZ VALLS Esta aplicación de la ingeniería química al ahorro energético consigue un importante aprovechamiento de energía calorífica natural Propiedades del gas natural tra en áreas cerradas y sin ventilación. 5%. El límite inferior de inflamabilidad del licuado (GNL) La densidad de GNL es de aproxima- GNL es superior al de otros combusti- El gas natural extraído en el cabezal del damente 450 kg/m3. Al ser más ligero que bles líquidos (GLP o gasolina). pozo se compone de metano, etano, pro- el agua, si se derrama sobre el agua flota La temperatura de autoignición es la pano e hidrocarburos más pesados, así y se vaporiza rápidamente. Al regresar temperatura más baja en la que el vapor como cantidades pequeñas de nitrógeno, a su fase gas, los vapores emitidos por de gas inflamable puede arder de forma helio, dióxido de carbono, compuestos el GNL pueden ser inflamables y explo- espontánea sin necesidad de una fuente de azufre y agua. La tabla 1 relaciona la sivos, pero sólo en determinada concen- de ignición, después de varios minutos de composición media del GNL y sus pro- tración, el llamado nivel de inflamabili- exposición a una fuente de calor. La tem- piedades físicas más importantes. dad. Es el rango entre las concentraciones peratura de autoignición de vapores de El proceso de licuefacción del gas mínimas y máximas de vapor (en % en GNL aproximadamente al 10% (punto natural requiere de un tratamiento pre- volumen) en el cual el aire y los vapores medio de los límites de inflamabilidad) vio para eliminar impurezas como el de GNL forman una mezcla inflamable en el aire es superior a los 540 °C a pre- agua, nitrógeno, anhídrido carbónico, lo que puede alcanzar el punto de igni- sión atmosférica. Esta temperatura extre- gas sulfhídrico y otros compuestos de ción. Los límites superior e inferior de infla- madamente alta requiere una fuente azufre, para que no se puedan formar mabilidad del metano, el componente importante de radiación termal, de lo sólidos en la licuación, que se produce principal del vapor de GNL, son del 5 contrario el vapor generalmente se dis- a una temperatura de aproximadamente y 15% en volumen, respectivamente. A persa en la atmósfera y no tiene lugar un -160 °C. concentraciones superiores al límite supe- incendio. En comparación con otros El GNL sólo ocupa 1/600 parte del rior de inflamabilidad, no podrá quemarse combustibles líquidos, el vapor de GNL volumen requerido para la misma canti- debido a que no hay suficiente oxígeno. necesita una temperatura muy alta para dad de gas natural a temperatura am- Es el caso de un tanque de almacena- que ocurra la autoignición. biente y presión atmosférica. El GNL es miento cerrado y seguro en donde la con- En resumen, el GNL es una sustan- un líquido extremadamente frío, que no centración del vapor es aproximadamente cia extremadamente fría, no tóxica, no se almacena bajo presión (en contra de 100% de CH4. A concentraciones meno- corrosiva que se transfiere y almacena la equivocada creencia común). Bajo la res que el límite inferior de inflamabilidad, bajo presión atmosférica, se refrigera y presión atmosférica normal, el GNL es no podrá quemarse debido a que no no se presuriza, lo que permite que el un líquido criogénico, no corrosivo y no hay suficiente metano. Es el caso del GNL sea un método efectivo y econó- tóxico. Sin embargo, al igual que cual- derrame de pequeñas cantidades de GNL mico de transportar grandes volúmenes quier otro gas inerte, el gas natural vapo- en un área bien ventilada, en que el vapor de gas natural a grandes distancias. El rizado de GNL puede causar asfixia de GNL se mezcla rápidamente con el GNL presenta pocos peligros siempre por falta de oxígeno cuando se concen- aire hasta una concentración menor al que se contenga en tanques de almace- 24 Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007
  • 2. namiento, conducciones y equipos dise- cena antes de ser transportado o se carga Para prevenir fisuras es necesario emplear ñados para soportar la condición criogé- directamente al buque tanque. Las ter- aceros de alto contenido en Ni y Al y ace- nica de GNL. minales receptoras de GNL y las insta- ros inoxidables, a pesar de su elevado laciones de regasificación almacenan el coste. Generalidades de las GNL antes de ser regasificado y trans- El GNL se almacena bajo presión instalaciones de GNL portado a través de los gaseoductos. atmosférica en tanques de doble pared Cadena del proceso de distribución (Fig. 3). El tanque de almacenamiento es del GNL Instalaciones típicas de GNL un tanque dentro de otro tanque con ais- En primer lugar se expone de forma resu- Principalmente consisten en instalacio- lantes entre las paredes de ambos tan- mida la cadena que se sigue para la dis- nes marítimas, instalaciones de recep- ques. El tanque exterior se compone tribución del GNL hasta los puntos de ción, de almacenamiento y regasificación generalmente de acero ordinario, que no consumo, industrias y hogares (Fig. 1). de GNL. ofrece protección al tanque interno en 1. Producción de gas natural, el proceso casos de fisuras, únicamente mantiene al de exploración y producción de gas natu- Instalaciones marítimas aislante en su lugar. ral para su entrega a una planta procesa- Las instalaciones de muelle (Fig. 2) son El tanque interno que está en contacto dora. diseñadas para el atraque y descarga de con el GNL líquido se elabora con mate- 2. Licuefacción, la conversión de gas los buques de GNL. Los remolcadores riales adecuados para el servicio criogé- natural a un estado líquido para su trans- proporcionan asistencia durante el atra- nico, y cuenta con un fondo metálico porte por medio de buques tanque. que. Los muelles son para recibir buques plano y una pared cilíndrica de metal ela- 3. Transporte, el envío de GNL en de GNL de tamaños específicos. borados con materiales apropiados para buques especializados para su entrega a temperaturas criogénicas (normalmen- los mercados. Almacenamiento del GNL te con 9% de Ni). El fondo del tanque 4. Regasificación, la conversión de El uso adecuado de GNL, o cualquier interno descansa sobre material ais- GNL a su fase gaseosa y el paso del lí- sustancia criogénica, requiere la com- lante rígido, como la fibra de vidrio. La quido criogénico por los vaporizadores. prensión del comportamiento de los estructura del tanque debe soportar la 5. Distribución y entrega de gas natural materiales bajo temperaturas criogéni- carga hidrostática de GNL, lo que deter- a través del sistema de gaseoductos del país cas. Por ejemplo, bajo temperaturas mina el espesor de las paredes laterales y su distribución a los usuarios finales. extremadamente bajas, el acero ordina- del tanque interno. Los tanques tienen El proceso de almacenamiento es el que rio pierde ductilidad y se hace quebra- una capa de aislante con una cubierta sus- requiere el enfoque principal en materia dizo. La elección del material empleado pendida debajo de un techo externo en de seguridad y protección. Después de en los tanques y conductos que entran en forma de cúpula con barrera de vapor, haberse licuado el gas natural, se alma- contacto con el GNL es un factor crítico. y una pared externa (generalmente de Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007 25
  • 3. mechero sumergido que vaporiza el RESUMEN GNL dentro de un tubo inoxidable de intercambio térmico. El vaporizador de El presente artículo trata de las instalaciones de vaporización de gas natural licuado combustión sumergido (ver imagen en figu- (GNL) con agua de mar, técnica que implica un importante aprovechamiento de ra 5) se aplica principalmente para ope- energía calorífica natural. Se enuncian primero las propiedades del GNL, conti- raciones de peakshaving, aunque también nuando con la descripción general de los componentes típicos en las instalaciones para operaciones de carga base (baseload). de vaporizadores industriales de GNL. A continuación se exponen las caracterís- Tiene un bajo costo de instalación, arran- ticas técnicas de los vaporizadores de agua de mar y se desarrolla el método uti- que rápido y puede trabajar con fluctua- lizado para su cálculo de caudales y áreas de intercambio de calor a partir de un ciones de carga. caudal nominal de GNL. Características técnicas de los vaporizadores de GNL Descripción general de la instalación Composición media CH4 91,2% Los vaporizadores de agua de mar son del GNL procedente C2H6 6,5% intercambiadores de calor en los cuales de Argelia por la parte inferior e interior del módulo CH8 1,1% sube gas, el GNL, en estado líquido y por CH10 0,2% el exterior cae por gravedad agua de mar N2 1,0% impulsada desde la captación por las bombas de agua de mar. Al producirse el Propiedades físicas Punto de fusión -182,5 ºC técnicamente más intercambio, el GNL se va vaporizando destacables Punto de ebullición -161,0 ºC a medida que va ascendiendo por los Poder calorífico superior 42,3 Mj/m3 (n) tubos saliendo en estado gaseoso por la Poder calorífico inferior 38,1 Mj/m3 (n) parte superior. El sistema está forma- do por los siguientes equipos: las bom- Calor latente de vaporización (l) 121,86 kcal/kg a presión atmosférica bas de captación de agua de mar, los filtros de agua de mar, las bombas de inyección Calor específico a presión 16,48 kcal/kg·K de hipoclorito sódico y los vaporizado- constante (cp) a p. atm. res de GNL. Tabla 1. Composición media y propiedades físicas del GNL. Sistema de captación de agua de mar Está constituido por un cajón de hormi- acero ordinario). Los nuevos diseños El vaporizador de tablero abierto (Open gón, construido sobre una escollera. El incluyen tuberías instaladas en el techo Rack Vaporizer – ORV), cuya instalación se cajón tiene el lado sur abierto al mar y el del tanque para evitar un escape del con- muestra en la imagen de la figura 4, uti- superior cubierto con una rejilla y divi- tenido completo del tanque. liza el agua de mar como fuente de calor. dido longitudinalmente en compartimen- El agua de mar baja sobre la superficie tos. Se dispone de un sistema de rejillas Instalaciones de regasificación de GNL externa del intercambiador térmico, que desmontables (independientes para cada Cada tanque de almacenamiento de es de aluminio o de acero inoxidable. Las compartimento), que actúan de elemento GNL contiene bombas para transferir el operaciones de carga base (baseload) utili- de filtración gruesa del agua del mar. GNL a los vaporizadores. Se puede usar zan los vaporizadores de tablero abierto Están construidas por módulos super- el aire atmosférico, el agua de mar a apro- (ORV). Los operadores de emergencia o puestos a base de barras de 20 mm de diá- ximadamente 15 °C u otros medios como peakshaving utilizan los mismos vaporiza- metro, separadas entre sí 30 mm, en bas- el agua caliente, para permitir la conver- dores pero con circulación de agua ca- tidores de 2,9 m x 2 m. sión de GNL frío (por medio de un inter- liente. Los ORV se caracterizan por ser El grupo de bombeo está constituido cambiador térmico) a gas. Los tipos de de construcción sencilla, fácil manteni- por bombas centrífugas verticales, ubi- vaporizadores más comúnmente usados miento y alta fiabilidad. cadas cada una en un compartimento del son: el de tablero abierto (ORV por sus Los vaporizadores de combustión sumer- cajón de captación de agua de mar. Tiene siglas en inglés) y el de combustión gidos (Submerged Combustión Vaporizer una longitud global de eje de 10 m apro- sumergida (SCV por sus siglas en inglés). - SCV) utilizan agua calentada por un ximadamente. Figura 1. Esquema de la cadena del proceso de distribución del GNL. Pozo Instalación de Tanque de Buque tanque Tanque de Instalación de Sistema de licuefacción almacenamiento de GNL almacenamiento vaporización gaseoductos de GNL de GNL Región productora Región consumidora 26 Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007
  • 4. Cubierta de hormigón Revestimiento de acero Aislamiento superior Pared de hormigón Aislamiento Tanque de acero Cubierta al níquel flotante Figura 2. Imagen de una instalación de muelle de Pared elástica GNL Bombeo GNL. Aislantes sísmicos Aislamiento de fibra Sistema de filtración de agua de mar de vidrio Se trata de filtros automáticos autolim- piables por flujo de agua en contraco- rriente. El elemento filtrante está cons- tituido por tubos de acero inoxidable, Cimentación situados en posición vertical dentro de un cuerpo cilíndrico revestido de un mate- rial sintético resistente a la corrosión. Figura 3. Esquema del diseño conceptual de los tanques de almacenamiento de GNL. Su capacidad es de 4.000 m 3 / h; el agua dentro del cuerpo pasa a través de la superficie filtrante por el interior tando con ello la formación de aire en el mados por una serie de tubos aleteados de los tubos donde quedan retenidas las circuito. por cuyo interior pasa GNL y por el partículas sólidas del tamaño superior al exterior resbala el agua de mar. La línea paso de la malla. Sistema de cloración de entrada de GNL por los vaporiza- Cuando el programador inicia el ciclo El sistema de cloración está formado por dores está regulada por enclavamientos de limpieza previsto por temporización, bombas, con un caudal estimado de 50- que coordinan el caudal de entrada de o bien cuando se haya acumulado sufi- 500 l/h, y el depósito de hipoclorito. GNL con el de salida de gas natural ciente material para producir una dife- Cada 8 horas se inyectará en la aspira- vaporizado. La tabla 2 resume sus espe- rencia de presión de consigna al paso del ción de la bomba dosificadora correspon- cificaciones técnicas más usuales. fluido (generalmente 750 mbar), se diente un caudal de hipoclorito sódico En los vaporizadores se aporta al acciona el mecanismo de autolimpieza, de 40 l/h. Esta dosificación en continuo GNL procedente de las bombas secun- abriéndose la válvula automática de puede hacerse en modo manual o en darias la energía de cambio de estado y fondo. La presión interna del filtro pro- automático. calentamiento hasta por encima de 0 ºC. duce una inversión de un flujo de agua El proceso de vaporización se realiza limpia hacia el interior de los tubos arras- Vaporizadores abiertos de agua en vaporizadores abiertos (Fig. 6), constitui- trando los sólidos acumulados hacia la de mar dos por paneles de tubos aleteados por conexión inferior y saliendo por la tube- Generalmente cada vaporizador se com- cuyo interior circula el GNL, calenta- ría de evacuación. pone de dos módulos independientes for- dos en el exterior por una cortina de agua Sistema de suministro de agua de mar Figura 5. Imagen de siete vaporizadores de combustión sumergidos. Para evitar problemas de corrosión, el material empleado es poliéster reforzado con fibra de vidrio. Las líneas de impul- sión de cada bomba disponen de unas vál- vulas de cierre de bola (válvulas de purga automáticas) para facilitar la evacua- ción del aire al iniciarse el bombeo evi- Figura 4. Imagen de un vaporizador de tablero abierto. Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007 27
  • 5. Lado interior Wf · Cef,l · (Te –Tf,1) + Wf · λf + Wf · Cef,g · (Tf,2-Te) = Wc · Cec · Δtc + Material Aluminio pérdidas (2) Presión de diseño 130 bar Donde: Temperatura de diseño -170 / +65 (ºC) Wf: caudal másico del GNL (kg / h) Volumen 0,60-0,70 m3 Cef,l: calor específico a presión cons- tante del GNL Presión de prueba 195 bar Cef,g: calor específico a presión cons- Temperatura de prueba 20 ºC tante del GN vaporizado Presión de operación 74 bar λf: calor latente de vaporización del Temperatura de operación -160 / +1 (ºC) Figura 6. Esquema de un vaporizador de agua de GNL mar abierto. Tf,1: Temperatura de entrada del GNL Corrosión 0 mm Te: Temperatura de vaporización del Fluido contenido GNL / GN de éstos, por falta de aportación de agua GNL Caudal máximo 150 m / h3 o en períodos de mantenimiento. En Tf,2: Temperatura de salida del GN por módulo de GNL estos vaporizadores el fluido caliente lo vaporizado constituye un baño de agua calentado por Wc: caudal de la masa de agua de mar Lado exterior (a P. atm.) combustión de gas natural. El GNL cir- (kg / h) Tª de diseño 0 / 65 ºC cula por el interior de un serpentín for- Cec: calor específico a presión cons- Tª de operación del agua 14 / 25 ºC mado por tubos lisos de acero inoxida- tante del agua de mar = 0,932 kcal/ Fluido Agua de mar ble austenítico, que está sumergido en el kg · ºC mencionado baño. El calentamiento del Para un determinado caudal volumé- Tabla 2. Especificaciones técnicas típicas de un baño se produce por contacto directo con trico nominal de GNL a vaporizar, la vaporizador abierto de agua de mar. los productos de combustión, por lo que cantidad de calor intercambiado entre el el rendimiento energético es muy alto. GNL y el agua de mar depende de la Además, el coeficiente de transmisión de densidad del GNL, ya que ésta define su de mar que cae resbalando sobre dichos calor en el lado exterior del serpentín es caudal másico, su calor latente de vapo- paneles. Los paneles se disponen vertical- muy alto por la agitación que provoca en rización y su calor específico. A su vez, mente, colgados de una estructura de hor- el agua el paso de los gases de combus- la densidad del GNL depende de las con- migón y unidos entre sí por un colector tión, llegando a valores entre 2 y 3 veces diciones de presión y temperatura a las de GNL en la parte inferior y uno de superiores a los que se consigue en los que se halla. gas en la superior. Los tubos tienen aletas vaporizadores de agua de mar. No obs- Aquí se ha desarrollado la aplicación longitudinales en el exterior. Su sección tante, el coste de operación de estos al caso de GNL con densidad: ρ GNL = interior es en estrella y cuenta con una vaporizadores es muy superior al de los 494,62 kg/m 3, para un módulo de va- lámina helicoidal interna que favorece la de agua, ya que además del coste del gas porización con un caudal nominal de ebullición estable en el interior del tubo. combustible, la energía requerida para la 150 m 3 / h de GNL, que corresponde El agua que actúa como fluido calien- compresión del aire de combustión a a las especificaciones indicadas en la ta- te se bombea a unos canalones abiertos la presión requerida por los quemadores, bla 2. El cambio de fase del GNL se pro- (situados sobre la parte superior de los es mayor que la necesaria para el bom- duce, para cada valor de presión (por paneles) que al desbordarse provocan la beo del agua. Por lo indicado, la utili- encima de su presión crítica), a una tem- formación de una lámina vertical de agua zación de los vaporizadores de combus- peratura determinada. La figura 7 mues- que baña ambas caras del panel. El agua tión sumergida debe ser lo más baja tra, a título informativo, la curva de equi- se recoge en la balsa que forma la parte posible. librio presión-temperatura del GNL inferior de la estructura de hormigón y entre –180 ºC y –110 ºC. es enviada desde aquí al mar, para repe- Metodología de cálculo de los A la presión nominal de 73-74 bares, tir el ciclo. Los tubos y colectores son de vaporizadores agua de mar para a la que trabaja el vaporizador, el GNL aluminio que se protege de la corrosión GNL empieza a vaporizarse a –50 ºC. En la pri- por metalizado a base de una aleación con Cálculo del caudal de agua de mar mera parte del circuito el GNL aumenta 2% de Zn y 98% de Al. Sobre este meta- necesario para vaporizar una su calor sensible desde –160 ºC hasta la lizado se aplica una capa de pintura epoxi. corriente de GNL temperatura de vaporización. El control del caudal de gas emitido El planteo inicial es un balance de ener- En el tramo del intercambiador en por cada red se realiza por regulación gía calorífica aplicado al vaporizador de que se produce la vaporización del GNL automática, posicionando la válvula de GNL: la temperatura no se mantiene constan- control de caudal de GNL en la entrada te, sino que tanto la fracción de GNL al vaporizador en función del valor de todavía no evaporada como la de gas consigna, y con la temperatura del gas (1) vaporizado siguen aumentando. Esto es de salida como variable primaria, predo- debido a que la fase gas formada aumen- minante sobre el caudal de GNL. ta su calor sensible, proceso promovido por el aún elevado salto térmico entre Vaporizadores de combustión ambos lados del intercambiador (la pa- sumergida Este balance se aplica a un proceso red externa con agua de mar está a unos Se suelen instalar para sustituir a los continuo, por lo que la expresión (1) 10 ºC), con lo que aumenta la presión vaporizadores abiertos en caso de avería adopta la forma: interior y se modifica el equilibrio a una 28 Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007
  • 6. muestra la figura 8. Asimismo, el calor 20 específico del GNL y del GN vaporizado 18 también dependen de la temperatura, y su variación es significativa en el tramo 16 de temperaturas a las que trabaja el inter- 14 cambiador (ver figura 9). Presión (bar) 12 Por lo indicado, los coeficientes Cef,l , 10 λf y Cef,g de la ecuación (2) varían nota- 8 blemente a lo largo del intercambiador 6 en el intervalo de temperaturas de tra- bajo, y para el cálculo del calor horario 4 intercambiado es necesario dividir el 2 intervalo total de temperaturas en tra- 0 mos más cortos en los que se consideran –180 –170 –160 –150 –140 –130 –120 –110 constantes los parámetros indicados. La Temperatura (°C) figura 10 muestra la representación grá- fica del cálculo descrito. Figura 7. Diagrama de equilibrio presión - temperatura del GNL. Según el cálculo expuesto, el calor que requiere ganar la corriente de GNL de 150 m3/h de densidad de 494,62 kg/m3 es de 21,89·106 kcal/h. 128,6 La legislación vigente fija la tempe- Calor latente de vaporización (kcal/kg) 123,6 ratura mínima a la que se puede arrojar agua al mar en 5 ºC. Por lo tanto, se es- 118,6 coge esta temperatura como la tempera- 113,6 tura de salida del agua de mar, ya que una 108,6 inferior no estaría permitida. Se ha con- siderado la temperatura de entrada de agua 103,6 de mar de 11 ºC, su temperatura media 98,6 en invierno, ya que sería la situación límite más desfavorable en que se precisaría más 93,6 caudal de agua: 88,6 Δtc = t.c2 - t.c1 = 11 - 5 = 6 ºC –180 –170 –160 –150 –140 –130 –120 Temperatura (°C) Las pérdidas de calor se consideran nulas, ya que serán de unas pocas calo- Figura 8. Calor latente del GNL en función de la temperatura. rías en comparación con el calor inter- cambiado. 21,89 · 106 kcal/h = Wc · Cec · Δtc (3) 2,5 Despejando en (3) el flujo másico de agua, se obtiene: 2 Cp (kcal/kg k) 1,5 (4) 1 Aplicando el peso específico del agua de mar (ρ agua de mar = 1,026 kg / L) se cal- 0,5 cula el caudal de agua necesario: 0 –200 –150 –100 –50 0 50 (5) Temperatura (°C) Figura 9. Calor específico a presión constante en función de la temperatura para el GNL de densidad de Para otras variedades de GNL de dis- 494,62 kg/m3. ( Fase líquida; Fase gas). tinta densidad, el cálculo es totalmente paralelo. La tabla 3 resume los resulta- temperatura superior. A su vez, esto pro- hasta aproximadamente 1 ºC, tempera- dos obtenidos para tres casos de GNL mueve el aumento del calor sensible de tura a la que abandona el vaporizador. con diferentes densidades. la fase líquida aún no vaporizada, etc. El calor latente de vaporización del En la tabla 3 puede verse cómo al dis- Por último, una vez vaporizado todo GNL depende de la temperatura a la que minuir la densidad del GNL disminuye el gas natural, éste acaba de calentarse tiene lugar el cambio de fase, como el calor intercambiado, y por lo tanto el Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007 29
  • 7. ción II, parte B) construido mayoritaria- 25 mente de aluminio. Temperaturas de entrada y salida del Calor intercambiado kcal * 106/h agua de mar → tc2 = 11 ºC; tc1 = 5 ºC 20 Al igual que en el cálculo del caudal de agua de mar, se supone el caso más- 15 desfavorable, cuando la temperatura de entrada del agua de mar es menor. 10 Temperaturas de entrada y salida del GNL → tf1 = -164,35 ºC; tf2 = 1,1 ºC A partir de la ecuación de diseño de 5 intercambiadores de calor se aísla el área media de intercambio, Am : 0 –200 –150 –100 –50 0 50 Temperatura (°C) (6) Figura 10. Calor intercambiado en función de la temperatura para GNL de densidad de 494,62 kg/m3 Δt m es el salto térmico medio entre ambos lados del intercambiador. El grá- Densidad del GNL Calor intercambiado Flujo másico de Caudal de agua fico de la figura 11 da una idea del esca- (kg/m3) (kcalx106/h) agua (kgx106/h) (Lx106/h) lado de temperaturas. Δtm generalmente 494,62 21,89 3,91 3,82 se calcula como la media logarítmica de 457,82 20,3 3,63 3,54 la diferencia de temperaturas entre ambas 438,92 19,56 3,50 3,41 corrientes a la entrada y a la salida del intercambiador, Δt 1 y Δt 2 ,según la la Tabla 3. Caudal de agua necesaria para vaporizar el GNL en función de la temperatura. ecuación (7). Δt1 − Δt 2 (Δt )m = Δt caudal de agua necesario es menor. Un será mayor. Para densidades menores de ln 1 (7) GNL más denso contiene más masa por GNL el intercambiador calculado tam- Δt 2 unidad de volumen y por tanto necesita bién será válido. Para el presente caso: más cantidad de calor para vaporizarse. Datos: ρ GNL = 494,62 kg/m3 Δt1 = tc1 − tf1 = 5 − (−164, 35) = (8) Cálculo del área media del = 169, 35º C intercambiador Se expone ahora el cálculo del área Δt 2 = tc2 − tf1 = 11 − 1,1 = 9, 9 º C (9) media del intercambiador para la situa- Coeficiente global de transmisión ción en la que el caudal de agua de mar de calor referido al Am → Um = 177 kcal 169, 35 − 9, 9 necesario es mayor (es decir, para el / h·kg·ºC. Este dato es proporcionado Δt m = = 56,156 º C (10) 169, 35 GNL de mayor densidad), ya que será el por el constructor del vaporizador, mate- ln caso en que el área del intercambiador rial SB-221 6063-T5 (código Asme, sec- 9, 9 Por último, el área media de intercam- Figura 11. Diferencia de temperaturas entre el agua de mar (fluido caliente) y el GNL (fluido frío). bio será: Kcal 21, 89 ? 10 6 Am = h = 2202, 3 m 2 Disposición de flujo: Contracorriente Kcal 177 ⋅ 56,156 º C h ⋅ Kg ⋅ º C tc2 = 11 tc1 = 5 °C Δt2 tf2 = 1,1°C (11) Conclusiones Agua de mar Los vaporizadores de agua de mar para GNL Δt1 GNL constituyen una aplicación de la ingeniería química al ahorro energético, pues utilizan el calor sensible del agua de mar, con la energía del bombeo co- mo único coste de operación del fluido tf1 = –164,35 °C térmico de la instalación. El agua es L (m) devuelta al mar sin ninguna contami- nación, y a una temperatura suficien- temente alta como para no dañar el 30 Técnica Industrial 268 / Marzo - Abril 2007
  • 8. http://www.beg.utexas.edu/energyecon/lng/docu- ments/CEE_Sistemas_de_Seguridad_y_Protec- cion_de_GNL.pdf www.cedigaz.org (The International Association for Natural Gas) www.soltex.cl/imagenes/ img/alternate.gif www.iea.org (International Energy Agency) AUTORES Francesc Estrany Coda Profesor titular de la Unidad de Química de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona (UPC) Jordi Dosta Parcerisa Catedrático de la Unidad de Química de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona (UPC) Judith Pérez González Ingeniero técnico industrial por la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Barcelona (UPC) Soraya Muñoz Cameo Bibliografía Ingeniero técnico industrial por la Escuela entorno de la plataforma marítima. El Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Instituto Superior de la Energía (Máster en Gas y Elec- cálculo del calor intercambiado implica tricidad). Cedido por ENAGAS S.A. Barcelona (UPC) balances de energía combinados con la Standard for the Production, Storage, and Handling of información termodinámica de la varia- Liquefied Natural Gas (LNG), ANSI-NFPA- 59 A, Oscar Rodríguez Valls National Fire Protection Association, 1990. Ingeniero técnico industrial por la Escuela bilidad del calor latente y del calor sen- Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Code of Federal Regulations for the Transportation of sible del gas natural con respecto a la Natural Gas and Other Gas by Pipeline, U.S. Depart- Barcelona (UPC) temperatura. ment of Transportation, October,1992.