Estão disponíveis no mercado diferentes tecnologias para medir a qualidade do gás natural liquefeito para aplicações de gás evaporativo. Tradicionalmente, os cromatógrafos de gás têm sido utilizados para medir a composição e o poder calorífico do gás. Estes sistemas necessitam de gases de calibração/transporte e requerem uma operação manual durante a navegação.
Os armadores manifestaram interesse em tecnologias alternativas. Tecnologias que reduzam tanto o custo da análise como o manuseamento manual a bordo dos navios. Obviamente, mantendo ou melhorando a exatidão das medições da qualidade do gás.
Tecnologia de analisadores de gases sintonizáveis
O analisador de gases mede a composição do gás por espetroscopia de absorção de infravermelhos. Cada componente do gás tem uma “impressão digital” infravermelha única. Um pequeno fluxo de gás do tubo de combustível do gás de evaporação é extraído por meio de uma sonda de amostragem. É depois introduzido no analisador de gases.
Ao iluminar a amostra de gás com luz infravermelha em vários comprimentos de onda, o analisador mostra a sua “impressão digital”. Determina a presença e a concentração dos componentes individuais do gás. O princípio de medição é ilustrado na figura 1. Um componente-chave do analisador é um filtro micro-electro-mecânico (MEMS) (patenteado). Este filtro é amplamente sintonizável e capaz de varrer continuamente o comprimento de onda da luz infravermelha numa ampla largura de banda. A ampla varredura permite a identificação e quantificação de todos os componentes de gás de interesse e minimiza a interferência cruzada.
Além disso, a resposta rápida do filtro MEMS torna possível medir alterações dinâmicas na mistura. Mesmo quando são recolhidos volumes de gás relativamente pequenos.
Figura 1: Princípio de medição do analisador de gás natural sintonizável
Melhor conhecimento dos dados para uma melhor compreensão do consumo de combustível
Alguns navios de transporte de GNL instalaram analisadores de gás para medir a qualidade do gás de evaporação consumido como combustível durante a navegação. Normalmente, o armador e o fretador acordam taxas fixas de evaporação e de consumo de combustível como parte do seu contrato de fretamento/transporte.
No entanto, o consumo e o valor reais do gás são afectados pela mistura de gás efetivamente fornecida durante a viagem e podem diferir dos previstos. Ao terem acesso à análise em linha do gás efetivamente consumido durante a viagem, o armador e o fretador obtêm dados precisos que podem beneficiar e alterar os seus acordos comerciais.
Teste de campo à escala real na FSRU Höegh Galleon
A Höegh LNG e a Tunable iniciaram uma cooperação tecnológica em 2018. O objetivo foi testar, a bordo da FSRU (*) Höegh Galleon, uma tecnologia de analisador de gás que requer menos apoio manual, utilizando o analisador ótico de gás Tunable para medir a qualidade do gás de evaporação. Um cromatógrafo de gás padrão e o analisador de gás Tunable foram instalados em paralelo para verificar e comparar o desempenho das duas tecnologias.
Para ambas as tecnologias, o gás de evaporação foi extraído por meio de uma sonda de amostragem idêntica. Este gás era introduzido no sistema dos respectivos analisadores de gás. A figura 2 mostra uma imagem do analisador de gás sintonizável instalado no galeão FSRU Höegh.
Figura 2. Analisador de gás instalado na FSRU Höegh Galleon
(*) FSRU = Unidade Flutuante de Armazenamento e Regaseificação
Experiência de ensaios de campo em grande escala
Ambos os analisadores estão em funcionamento desde setembro de 2019. Desde então, têm medido continuamente a qualidade do gás e o poder calorífico do gás de evaporação. Durante este período, o analisador sintonizável tem estado em funcionamento contínuo, fornecendo o poder calorífico C1 – C5 + N2 +, como se pode ver na Figura 3.
Figura 3 Saída de dados C1-C5 + N2 do analisador sintonizável Höegh Galleon FSRU junho-setembro de 2021
Para analisar os dados com mais pormenor, mostramos na figura 4 um mês de funcionamento com dados de ambos os instrumentos. Nesta vista geral, vemos que ambos os instrumentos fornecem uma leitura de dados semelhante. Durante a viagem de regresso, antes do próximo reabastecimento, o depósito de GNL é pulverizado com metano para manter a temperatura do depósito. Esta operação é identificada pelo analisador sintonizável, como se pode ver na linha vermelha.
Figura 4 . Leitura do metano da FSRU Höegh Galleon de abril a maio de 2020.
O objetivo do teste à escala real, para além de demonstrar leituras consistentes a longo prazo, foi ganhar experiência operacional do sistema após a sua utilização no mar. Desde a sua entrada em funcionamento em setembro de 2019 até hoje, o analisador Tunable tem estado em funcionamento contínuo sem problemas operacionais.
Análise dos resultados
Durante este período, o sistema funcionou sem necessidade de apoio manual. Além disso, uma vez que o sistema não necessita de quaisquer cilindros de gás de calibração/transporte para funcionar. Isto evitou problemas logísticos adicionais para a tripulação do navio. A monitorização remota do estado e a manutenção foram testadas com êxito através de ligações de dados durante as operações, eliminando a necessidade de pessoal de serviço a bordo.
A experiência de instalação mostra que o sistema é pequeno e pesa menos de 30 kg para o sistema analisador completo. Além disso, pode ser facilmente pendurado na parede perto da localização da sonda de amostras.
Outra vantagem confirmada pelo teste é o facto de o sistema de analisador de gás ter fornecido medições contínuas do fluxo de gás. Isto permite uma resposta rápida dos dados a alterações operacionais na qualidade do gás. Como se trata de uma medição contínua, o sistema é menos sensível à distância entre a sonda de recolha de amostras e o analisador. Isto permite que os dados sejam utilizados para melhorar o desempenho do motor.
Análise em tempo real para melhorar o funcionamento dos transportadores de gás natural liquefeito
Muitos armadores estão à procura de combustíveis alternativos para reduzir a sua pegada de GEE (gases com efeito de estufa). Por esta razão, assistimos a um aumento substancial de navios movidos a gás natural liquefeito. As variações na qualidade do gás, particularmente quando se combina evaporação forçada e gás natural, dificultam o funcionamento dos motores a uma carga óptima. Conhecendo melhor a qualidade do gás que entra no motor, é possível melhorar o seu rendimento.
Ao fornecer dados em tempo real, o analisador de gás sintonizável permite que os motores funcionem a uma carga mais elevada quando utilizam combustível com variações na qualidade do gás. Os operadores de navios podem, assim, ter um nível de carga mais elevado num motor antes do arranque do motor seguinte, sem o risco de corrosão das bielas.
Isto traduz-se em poupanças diretas no consumo de combustível. Isto deve-se ao facto de o motor funcionar de forma mais eficiente. Além disso, reduz as horas de funcionamento dos motores. Para além da poupança direta de combustível e da redução dos custos de manutenção do motor, o armador beneficiará de uma redução das emissões globais de gases de escape do navio.
Conclusão
O teste de campo mostrou que o analisador de gás sintonizável mediu com sucesso as misturas de gás de acordo com as especificações exigidas para os navios de transporte de GNL. As vantagens para os armadores são o facto de obterem leituras no local sem atrasos e sem consumo de gás de calibração.
Os analisadores requerem menos apoio. Isto significa custos de funcionamento e manutenção significativamente mais baixos em comparação com tecnologias alternativas.
O ensaio demonstrou também que a tecnologia é adequada para a exploração futura da análise do fluxo de dados de vários gases para a otimização dinâmica do motor.
