Analitzador de gas en temps real per millorar el funcionament dels vaixells de gas natural liquat


Al mercat hi ha diferents tecnologies disponibles per mesurar la qualitat del gas natural liquat per a aplicacions de gasos d’evaporació. Tradicionalment s’han utilitzat cromatògrafs de gasos per mesurar la composició del gas i el poder calorífic. Aquests sistemes necessiten calibratge/gasos portadors i requereixen operació manual durant la navegació.

Els armadors han expressat interès en tecnologies alternatives. Tecnologies que permetin reduir tant el cost de l’anàlisi com la manipulació manual a bord dels vaixells. Evidentment, mantenint o millorant la precisió dels mesuraments de la qualitat del gas.

Tecnologia d’analitzador de gasos Tunable

L’analitzador de gas mesura la composició del gas mitjançant espectroscòpia d’absorció infraroja. Cada component de gas té una “petjada digital” infraroja única. Un petit corrent de gas del tub de combustible del gas d’evaporació s’extreu mitjançant una sonda de mostra. A continuació, s’introdueix a l’analitzador de gas.

En il·luminar la mostra de gas amb llum infraroja en diverses longituds d’ona, l’analitzador ens mostra la seva petjada. Determina la presència així com la concentració dels components de gas individuals. El principi de mesura s’il·lustra a la figura 1. Un component clau a l’analitzador és un filtre (patentat) microelectromecànic (MEMS). Aquest filtre és àmpliament sintonitzable i capaç d’escanejar la longitud d’ona de la llum infraroja contínuament en una amplada de banda àmplia. L’escaneig ampli permet identificar i quantificar tots els components de gas d’interès i minimitza la interferència encreuada.

A més, la ràpida resposta del filtre MEMS permet mesurar els canvis dinàmics de la mescla. Fins i tot quan es prenen mostres de volums de gas relativament petits.

Figura 1. Principi de mesura de l’analitzador de gas natural de Tunable

Millor coneixement de les dades per a una millor comprensió del consum de combustible

Alguns transportistes de gas natural liquat han instal·lat analitzadors de gas per mesurar la qualitat del gas d’evaporació que es consumeix com a combustible durant la navegació. En general, el propietari del vaixell i el noliejador acorden taxes fixes d’evaporació i consum de combustible com a part del seu contracte de noli/transport.

Tot i això, el consum i el valor real de gas es veuen afectats per la barreja de gas real subministrada durant el viatge i poden diferir de les esperades. En tenir accés a anàlisi de gas en línia del combustible real consumit durant la navegació, el propietari del vaixell i el noliejador obtenen dades exactes que podrien beneficiar i alterar els seus acords comercials.

Prova de camp a escala real a FSRU Höegh Galleon

Höegh LNG i Tunable van començar a cooperar tecnològicament el 2018. L’objectiu era provar, a bord del FSRU (*) Höegh Galleon, una tecnologia d’analitzador de gasos que requereix menys suport manual, utilitzant l’analitzador òptic de gasos Tunable per mesurar la qualitat del gas d’evaporació. Un cromatògraf de gasos estàndard i l’analitzador de gasos Tunable es van instal·lar en paral·lel per verificar i comparar el rendiment de les dues tecnologies.

Per a totes dues tecnologies, el gas d’evaporació s’extreia mitjançant una sonda de mostreig idèntica. S’introduïa al sistema dels seus respectius analitzadors de gasos. A la figura 2 es mostra una imatge de l’analitzador de gas Tunable instal·lat al galió FSRU Höegh.

Figura 2. Analitzador de gas instal·lat a FSRU Höegh Galleon

 

(*) FSRU = Floating Storage Regasification Unit = Unitat Flotant d’Emmagatzematge i Regasificació

Experiència de les proves de camp a gran escala

Tots dos analitzadors han estat en funcionament des del setembre del 2019. Des d’aleshores han mesurat contínuament la qualitat del gas i el poder calorífic del gas d’evaporació. Durant aquest període, l’analitzador Tunable ha estat en funcionament contínuament proporcionant poder calorífic C1 – C5 + N2 + com es pot veure a la figura 3.

Figura 3 Sortida de dades C1-C5 + N2 de l’analitzador sintonitzable de FSRU Höegh Galleon juny-setembre 2021

Per analitzar les dades més detalladament, hem mostrat a la figura 4 un mes de funcionament amb dades dels dos instruments. En aquest resum veiem que tots dos instruments proporcionen una lectura de dades similar. Durant el viatge de tornada abans de la propera càrrega, el tanc de gas natural liquat es ruixa amb metà per mantenir la temperatura del tanc. Aquesta operació és identificada per l’analitzador Tunable com es pot veure a la línia vermella.

Figura 4 . Lectura de metà de FSRU Höegh Galleon d’abril a maig de 2020

 

L’objectiu de la prova a escala real, a més de demostrar lectures consistents a llarg termini, ha estat obtenir experiència operativa del sistema després del seu ús a alta mar. Des de la posada en marxa el setembre del 2019 fins avui, l’analitzador Tunable ha estat en funcionament continu sense problemes operatius.

Anàlisi de resultats

Durant aquest període, el sistema ha funcionat sense necessitat de suport manual. A més, atès que el sistema no necessita cap calibratge/ampolles de gas de transport per operar. S’han evitat problemes logístics addicionals per a la tripulació del vaixell. La monitorització remota de l’estat i el servei s’han provat amb èxit mitjançant datalink durant les operacions, eliminant la necessitat de personal de servei a bord.

Lexperiència sobre la instal·lació és que el sistema és petit i amb un pes de menys de 30 kg per al sistema danalitzador complet. A més es pot penjar fàcilment a la paret a prop de la ubicació de la sonda de mostra.

Un altre benefici confirmat per la prova és que el sistema d’analitzador de gas ha proporcionat mesuraments continus del flux de gas. D’aquesta manera, proporciona respostes de dades ràpides als canvis operatius en la qualitat del gas. Com que es tracta d’un mesurament continu, el sistema és menys sensible a la distància entre la sonda de mostreig i l’analitzador. Això permet utilitzar les dades per millorar el funcionament dels motors.

Anàlisi en temps real per millorar el funcionament dels vaixells de gas natural liquat

Molts armadors estan buscant combustibles alternatius per reduir la seva empremta de GEH (gas amb efecte d’hivernacle). Per aquesta raó, veiem un augment substancial als vaixells propulsats per gas natural liquat. Les variacions en la qualitat del gas, sobretot quan es combina el gas d’evaporació forçat i el natural, fa que sigui difícil operar els motors a una càrrega òptima. En obtenir un millor coneixement de la qualitat del gas que entra al motor, és possible millorar-ne l’eficiència.

En proporcionar dades en temps real, l’analitzador de gas Tunable permet operar motors amb una càrrega més alta quan es fa servir combustible amb variacions en la qualitat del gas. Així els operadors de vaixells poden tenir un nivell de càrrega més alt en un motor abans que siniciï el següent sense risc de picat de bieles.

Això es tradueix en un estalvi directe en el consum de combustible. Això és així ja que el motor funcionarà amb més eficiència. I també redueix les hores de funcionament dels motors. A més de l’estalvi directe de combustible i la reducció dels costos de manteniment dels motors, l’armador es beneficiarà d’una reducció de les emissions totals de gasos del vaixell.

Conclusió

La prova de camp va demostrar que l’analitzador de gasos Tunable va mesurar amb èxit les barreges de gasos segons les especificacions requerides per als transportistes de gas natural liquat. Els beneficis per als armadors són que obtenen lectures in situ sense demora i sense consum de gas de calibratge.

Els analitzadors requereixen menys suport. Això implica costos doperació i manteniment significativament més baixos; en comparació de les tecnologies alternatives.

La prova també ha demostrat que la tecnologia és molt adequada per a la futura exploració danàlisi de flux de dades de múltiples gasos per a loptimització dinàmica del motor.

Share :
Related Posts