Analizador de gas en tiempo real para mejorar el funcionamiento de los buques de gas natural licuado


En el mercado hay diferentes tecnologías disponibles para medir la calidad del gas natural licuado para aplicaciones de gases de evaporación. Tradicionalmente se han utilizado cromatógrafos de gases para medir la composición del gas y su poder calorífico. Estos sistemas necesitan calibración/gases portadores y requieren de operación manual durante la navegación.

Los armadores han expresado interés en tecnologías alternativas. Tecnologías que permitan reducir tanto el coste del análisis como la manipulación manual a bordo de los buques. Evidentemente, manteniendo o mejorando la precisión de las mediciones de la calidad del gas.

Tecnología de analizador de gases Tunable

El analizador de gas mide la composición del gas mediante espectroscopia de absorción infrarroja. Cada componente de gas tiene una “huella digital” infrarroja única. Una pequeña corriente de gas del tubo de combustible del gas de evaporación se extrae mediante una sonda de muestra. A continuació, se introduce en el analizador de gas.

Al iluminar la muestra de gas con luz infrarroja en varias longitudes de onda, el analizador nos muestra su “huella”. Determina la presencia, así como la concentración de los componentes de gas individuales. El principio de medición se ilustra en la figura 1. Un componente clave en el analizador es un filtro (patentado) micro-electro-mecánico (MEMS). Este filtro es ampliamente sintonizable y capaz de escanear la longitud de onda de la luz infrarroja continuamente en un ancho de banda amplio. El escaneo amplio permite identificar y cuantificar todos los componentes de gas de interés y minimiza la interferencia cruzada.

Además, la rápida respuesta del filtro MEMS permite medir los cambios dinámicos de la mezcla. Incluso cuando se toman muestras de volúmenes de gas relativamente pequeños.

Figura 1. Principio de medición del analizador de gas natural de Tunable

Mejor conocimiento de los datos para una mejor comprensión del consumo de combustible

Algunos transportistas de gas natural licuado han instalado analizadores de gas para medir la calidad del gas de evaporación que se consume como combustible durante la navegación. Por lo general, el propietario del buque y el fletador acuerdan tasas fijas de evaporación y consumo de combustible como parte de su contrato de flete/transporte.

Sin embargo, el consumo y el valor real de gas se ven afectados por la mezcla de gas real suministrada durante el viaje y pueden diferir de las esperadas. Al tener acceso a análisis de gas en línea del combustible real consumido durante la navegación, el propietario del buque y el fletador obtienen datos exactos que podrían beneficiar y alterar sus acuerdos comerciales.

Prueba de campo a escala real en FSRU Höegh Galleon

Höegh LNG y Tunable empezaron a cooperar tecnologicamente en 2018. El objetivo era probar, a bordo del FSRU (*) Höegh Galleon, una tecnología de analizador de gases que requiere menos soporte manual, utilizando el analizador óptico de gases Tunable para medir la calidad del gas de evaporación. Un cromatógrafo de gases estándar y el analizador de gases Tunable se instalaron en paralelo para verificar y comparar el rendimiento de las dos tecnologías.

Para ambas tecnologías, el gas de evaporación se extraía mediante una sonda de muestreo idéntica. Se introducía en el sistema de sus respectivos analizadores de gases. En la figura 2 se muestra una imagen del analizador de gas Tunable instalado en el galeón FSRU Höegh.

Figura 2. Analizador de gas instalado en FSRU Höegh Galleon

 

(*) FSRU = Floating Storage Regasification Unit = Unidad Flotante de Almacenamiento y Regasificación

Experiencia de las pruebas de campo a gran escala

Ambos analizadores han estado en funcionamiento desde septiembre de 2019. Desde entonces han medido continuamente la calidad del gas y el poder calorífico del gas de evaporación. Durante este período, el analizador Tunable ha estado en funcionamiento continuamente proporcionando poder calorífico C1 – C5 + N2 + como se puede ver en la figura 3.

Figura 3 Salida de datos C1-C5 + N2 del analizador sintonizable de FSRU Höegh Galleon junio-septiembre 2021

 

Para analizar los datos más detalladamente, hemos mostrado en la figura 4 un mes de funcionamiento con datos de ambos instrumentos. En este resumen vemos que ambos instrumentos proporcionan una lectura de datos similar. Durante el viaje de regreso antes de la próxima carga, el tanque de gas natural licuado se rocía con metano para mantener la temperatura del tanque. Esta operación es identificada por el analizador Tunable como se puede ver en la línea roja.

Figura 4 . Lectura de metano de FSRU Höegh Galleon de abril a mayo de 2020

 

El objetivo de la prueba a escala real, además de demostrar lecturas consistentes a largo plazo, ha sido obtener experiencia operativa del sistema después de su uso en alta mar. Desde su puesta en marcha en septiembre de 2019 hasta hoy, el analizador Tunable ha estado en funcionamiento continuo sin problemas operativos.

Análisis de resultados

Durante este período, el sistema ha funcionado sin necesidad de apoyo manual. Además, dado que el sistema no necesita ninguna calibración/ botellas de gas de transporte para operar. Se han evitado así problemas logísticos adicionales para la tripulación del barco. La monitorización remota del estado y el servicio se han probado con éxito a través de datalink durante las operaciones, eliminando la necesidad de personal de servicio a bordo.

La experiencia sobre la instalación es que el sistema es pequeño y con un peso de menos de 30 kg para el sistema de analizador completo. Además puede colgarse fácilmente en la pared cerca de la ubicación de la sonda de muestra.

Otro beneficio confirmado por la prueba es que el sistema de analizador de gas ha proporcionado mediciones continuas del flujo de gas.  De esta manera proporciona respuestas de datos rápidas a los cambios operativos en la calidad del gas. Al tratarse de una medición continua, el sistema es menos sensible a la distancia entre la sonda de muestreo y el analizador. Esto permite utilizar los datos para mejorar el funcionamiento de los motores.

Análisis en tiempo real para mejorar el funcionamiento de los buques de gas natural licuado

Muchos armadores están buscando combustibles alternativos para reducir su huella de GEI (gas de efecto invernadero). Por esta razón, vemos un aumento sustancial en los buques propulsados por gas natural licuado. Las variaciones en la calidad del gas, particularmente cuando se combina el gas de evaporación forzado y el natural, hace que sea difícil operar los motores a una carga óptima. Al obtener un mejor conocimiento de la calidad del gas que entra en el motor, es posible mejorar su eficiencia.

Al proporcionar datos en tiempo real, el analizador de gas Tunable permite operar motores con una carga más alta cuando se utiliza combustible con variaciones en la calidad del gas. Así los operadores de buques pueden tener un nivel de carga más alto en un motor antes de que se inicie el siguiente sin riesgo de picado de bielas.

Esto se traduce en un ahorro directo en el consumo de combustible. Esto es así ya que el motor funcionará con una mayor eficiencia. Y también reduce las horas de funcionamiento de los motores. Además del ahorro directo de combustible y la reducción de los costes de mantenimiento de los motores, el armador se beneficiará de una reducción de las emisiones totales de gases del buque.

Conclusión

La prueba de campo demostró que el analizador de gases Tunable midió con éxito las mezclas de gases de acuerdo con las especificaciones requeridas para los transportistas de gas natural licuado. Los beneficios para los armadores son que obtienen lecturas in situ sin demora y sin consumo de gas de calibración.

Los analizadores requieren menos soporte. Esto implica costes de operación y mantenimiento significativamente más bajos; en comparación con las tecnologías alternativas.

La prueba también ha demostrado que la tecnología es muy adecuada para la futura exploración de análisis de flujo de datos de múltiples gases para la optimización dinámica del motor.

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