24º Sistema de Gas inerte a bordo.

24º SISTEMA DE GAS INERTE A BORDO.

Indice:

  • Gráfica (Relación Gas Hidrocarburo/Mezcla aire)

  • Fuentes de gas inerte

  • Método de sustitución de la atmósfera del tanque

  • Control de la atmósfera de un tanque

  • Producción de gas inerte

  • Esquema de una planta de gas inerte

  • Sellos de agua y tipos

  • Bibliografía


Gráfica (Relación Gas Hidrocarburo/Mezcla aire)

 

 

Gráfico de relación entre gas de hidrocarburo y oxigeno en una mezcla de aire/gas de hidrocarburo. El gas de hidrocarburo que se encuentra en los petroleros NO puede arder en una atmósfera que contenga menos de aproximadamente un 11% de oxígeno por volumen. (En la práctica por motivos de seguridad se mantiene el 8%como límite recomendado a bordo de buques tanques.) Es importante mantener el nivel de oxígeno por debajo de ese porcentaje para proporcionar protección contra el fuego o explosión en los tanques de carga. Para mantener este porcentaje bajo se utiliza un dispositivo fijo de tuberías que introduce gas inerte(pobre en oxígeno) en cada tanque de carga para reducir el contenido de oxígeno y convertir la atmósfera del tanque en No inflamable ni explosiva. Por motivos de seguridad ningún tanque se venteará con un porcentaje en gases de hidrocarburos por encima del 2% en volumen. Los LSI y LII (límites superior e inferior de inflamabilidad) varían según la composición del crudo (procedencia),para propósitos prácticos se toman como referencia del 1% al 10% en volumen respectivamente. Según se añade gas inerte a la mezcla aire-gas de hidrocarburo,el rango inflamable se reduce hasta llegar al punto "E" donde el LSI y el LII coinciden (11% de O2 en volumen).

 

Gráfico de relación entre gas de hidrocarburo y oxigeno en una mezcla de aire/gas de hidrocarburo.
El gas de hidrocarburo que se encuentra en los petroleros NO puede arder en una atmósfera que contenga menos de aproximadamente un 11% de oxígeno por volumen.
(En la práctica por motivos de seguridad se mantiene el 8%como límite recomendado a bordo de buques tanques.)
Es importante mantener el nivel de oxígeno por debajo de ese porcentaje para proporcionar protección contra el fuego o explosión en los tanques de carga.
Para mantener este porcentaje bajo se utiliza un dispositivo fijo de tuberías que introduce gas inerte(pobre en oxígeno) en cada tanque de carga para reducir el contenido de oxígeno y convertir la atmósfera del tanque en No inflamable ni explosiva.
Por motivos de seguridad ningún tanque se venteará con un porcentaje en gases de hidrocarburos por encima del 2% en volumen.
Los LSI y LII (límites superior e inferior de inflamabilidad) varían según la composición del crudo (procedencia),para propósitos prácticos se toman como referencia del 1% al 10% en volumen respectivamente.
Según se añade gas inerte a la mezcla aire-gas de hidrocarburo,el rango inflamable se reduce hasta llegar al punto “E” donde el LSI y el LII coinciden (11% de O2 en volumen).


Fuentes de Gas Inerte

Cualquiera que sea la fuente,el gas debe ser enfriado y limpiado con agua para eliminar partículas sólidas(hollín) y ácidos de azufre antes de enviarlo a los tanques.

El gas de una caldera auxiliar o principal ,normalmente el nivel de oxigeno es menor al 5% dependiendo del control de la combustión.

En un generador independiente de gas inerte o una planta de turbina de gas con quemador,el contenido de oxigeno puede ser controlado automáticamente dentro de los mejores límites,normalmente dentro de un rango de 1,5%a 2,5% en volumen.

Las posibles fuentes de gas inerte en los buques tanque y OBO (ore-bulk-oil carrier) son:

  • Descarga de gas inerte desde las calderas principales o auxiliares del barco.


Esquema de gas ienrte fuente caldera

Explicación de la generación e gas inerte: http://www.youtube.com/watch?v=ceDkf-cuk8M

  • Generador independiente de gas inerte.

generador-de-gas-inerte-2jpggenerador-de-gas-inerteVista frontal del quemador de GI
Esquema de gas inerte fuente generador

 

  • Turbina de gas equipada con quemador.

Generador de gases inertes por turbina + quemador  Esquema de gas inerte por turbina + quemador


 Método de sustitución de la atmósfera del tanque

La sustitución de la atmósfera de un tanque por gas inerte puede realizarse bien inertizando o purgando.

  • Inertizado =Desplazamiento del gas original por el gas inerte.
  • Purgado = Desplazamiento del gas inerte por el gas de carga.

En cada uno de estos casos métodos predominará uno de los siguientes procesos: Dilución o Desplazamiento.

Cualquiera que sea el método empleado,es fundamental que se  tomen mediciones de gas u oxígeno a varias alturas y en cada sección del tanque para comprobar la eficiencia de la operación.

Cuando se ventea una mezcla de gas inerte y de petróleo y se mezcla con el aire puede llegar a ser inflamable.Las precauciones de seguridad normales tomadas cuando el gas de petroleo es venteado de un tanque no deberán,por tanto,relajarse.

  • La Dilución: tiene lugar cuando el gas inerte introducido se mezcla con la atmósfera original del tanque para formar una mezcla homogénea en todo el tanque de modo que si el proceso continúa,la concentración de gas original disminuye progresivamente.

Importante*

El gas inerte introducido debe tener la una velocidad de entrada suficientemente alta como para penetrar hasta el fondo del tanque.

Para asegurarse de esto,se pone un número límite de tanques que pueden ser inertizados a la vez,si se desconoce el número de tanques límite,se debe inertizar uno a uno.

Dilucion con gas inerte

  • El Desplazamiento: se basa en el hecho de que el gas inerte es un poco mas ligero que el gas de hidrocarburo asi que,mientras el gas inerte entra por la parte alta del tanque,los gases de hidrocarburos más pesados salen por el fondo a través de una tubería.

Importante*

El gas inerte debe tener una velocidad de entrada muy baja para conformar una capa horizontal por encima del gas original y poco a poco poder empujarlo hacia la toma de salida,si la velocidad es alta,puede producirse una dilución mayor a la tolerada(siempre se produce alguna dilución por la turbulencia causada por el flujo de gas).

Desplazamiento con gas inerte


Control de la atmósfera de un tanque de carga

Los tanques que usan sistema de gas inerte deberán mantener sus tanques de carga bajo la condición de no inflamable en todo momento.

Esto significa que:

  • Los tanques que usan un sistema de gas inerte,mantendrán sus tanques de carga en una condición no inflamable en todo momento excepto cuando es necesario desgasificarlos para inspección o trabajo;En este caso el contenido de O2 no deberá superar el 8% en volumen y la atmósfera deberá mantenerse con una presión positiva.
  • La atmósfera dentro del tanque deberá poder hacer la transición desde la condición de inerte a la condición de libre de gas sin pasar por la condición de inflamable.
  • Cuando un barco está en una condición libre de gas antes de llegar al puerto de carga,debe inertizar los tanques antes de cargar.

La planta de gas deberá:

  • Inertizar los tanques de carga vacíos

Cuando se inertizan tanques vacíos que están libres de gas,por ejemplo después de dique seco o entrada a tanques,el gas inerte deberá ser introducido a través del sistema de distribución mientras ventea el aire del tanque da la atmósfera.

Esta operación continuará hasta que el volumen de oxígeno en todo el tanque no sea mayor al 8% en volumen.

El nivel de oxígeno no se incrementará siempre y cuando la presión sea positiva,para ello se usa gas inerte adicional cuando sea necesario.

  • Cargando en tanques inertes.

El buque llega a puerto con todos los tanques inertizados. Al comenzar la carga,a medida que el producto entra en los tanques,se desprenden gases,los cuales al ser mas pesados que el gas inerte,se concentraran sobre la superficie,desplazando al gas inerte al exterior,por medio de las válvulas P/V.(Purgado)

Carga en un tanque inertizado

Finalizada la carga,se purga el tanque con gas inerte,expulsando los vapores de hidrocarburos por debajo del 2% en volumen.

  • Travesía en carga.

Se deberá mantener una presión positiva de gas inerte siempre en el espacio vació para prevenir el posible ingreso de aire.

Si la presión cae por debajo del nivel de alarma de baja presión,será necesario arrancar la planta de gas inerte para restablecer una presión adecuada en el sistema.

Las pérdidas de presión están normalmente asociadas por las aberturas en tanques y por el descenso de la temperatura del gas y del mar.

Muchos productos del crudo,principalmente queroseno y diésel para aviación,pueden absorber oxígeno durante el proceso de refinado y almacenamiento.Este oxígeno puede más tarde ser liberado  dentro de una atmósfera deficiente en oxígeno tal como un espacio vació en un tanque de carga inerte.Debido a procesos como estos,el nivel de oxígeno debe ser controlado y vigilado para poder tomar las medidas necesarias.

  • Descarga de tanques inertes.

Debe mantenerse el suministro de gas inerte durante las operaciones de descarga para prevenir la entrada de aire a los tanques (vacío).

Cuando la carga de la caldera es baja o fluctúa,el contenido en oxígeno en el gas inerte suministrado debe ser vigilado cuidadosamente.

Para evitar una situación de vacío(entrada de aire por las válvulas P/V,la planta de gas inerte deberá poder suministrar un 125% más del (máximo) régimen de descarga.

Descarga de tanques inertes

Si falla la planta de gas inerte durante la descarga,se perderá rápidamente la presión positiva en el sistema.Inmediatamente deberá pararse la descarga para evitar que los tanques queden con vacío.No se reanudará la descarga hasta arreglar el funcionamiento de la planta de gas inerte o proporcione una fuente auxiliar de gas inerte.

  • Viaje en lastre.

Durante el viaje en lastre los tanques diferentes de aquellos que deben ir desgasificados permanecerán en una condición inerte y con una presión positiva para prevenir el ingreso de aire.Si durante el viaje,la presión del tanque baja,deberá arrancarse la planta de gas inerte para restablecer la presión.

SIEMPRE debe tenerse vigilado el contenido de oxígeno del gas inerte entregado.

  • Lavado de tanques,incluido el lavado con crudo.

Antes de que cada tanque sea lavado,debe determinarse el nivel de oxígeno,en un punto a un metro por debajo de cubierta y en el nivel medio del espacio vacío.En NINGUNO de estos lugares deberá sobrepasar el 8% en volumen.

  • Purgado.

Cuando se requiera desgasificar después del lavado con crudo,debería ser primero purgado con gas inerte para reducir el contenido de hidrocarburos al 2% o menos.


Producción de Gas Inerte

 

Los  diseños de un sistema de gas inerte son varios,pero su funcionamiento es parecido,en todos consta de :

  • Una planta de producción(calderas,generador de gas inerte…).
  • Una planta de tratamiento(torre de lavado).
  • Un sistema de distribución.

Estos sistemas se dividen en dos zonas,zona de seguridad y zona peligrosa.

  • Zona de seguridad,en la que se encuentra la planta de producción y la planta de tratamiento(hasta la zona de distribución)
  • Zona peligrosa,donde está el sistema de distribución y el equipo que protege a los tanques de una presión o de un vacio excesivo y evita el retroceso de gases en caso de contra-presión.

El límite de separación entre una zona y otra lo marca la válvula reguladora de gas inerte o válvula principal de control.

  • Gas inerte producido en Calderas

El gas inerte utilizado a bordo es el obtenido de la combustión de aire (79% nitrógeno y 21%oxígeno) y el fuel-oil (hidrógeno,carbono y azufre).En estas condiciones,es necesario el tratamiento de estos gases para reducir el contenido de dióxido de azufre,de partículas sólidas(hollín),disminuir su temperatura y eliminar el vapor de agua.

Nota*=Un  gas inerte de buena calidad es incoloro.

 

  • Gas inerte producido por un generador independiente.

Estos generadores se utilizan para el relleno de los tanques cargados durante la travesía debido a las pérdidas de presión que sufren por oscilaciones de temperaturas del aire y/o del agua de mar.generador-de-gas-inerte

Estos generadores tienen una capacidad de 1.000 m3/h y produce gas inerte por la combustión de diesel oil que se suministra a una presión regulada,y el aire proviene de un ventilador accionado por un motor eléctrico.

Los gases procedentes de la combustión se enfrían hasta una temperatura de 2ºC superior a la del agua de refrigeración,eliminando un gran porcentaje de dióxido de azufre.generador-de-gas-inerte-2jpg

El generador produce un flujo constante de gas inerte con un porcentaje de oxígeno del o,5%,cuando la demanda es baja el gas sobrante se exhausta mediante una válvula de seguridad a la atmósfera.

En buques modernos es menos frecuente encontrar estos generadores ya que las calderas modernas,de baja presión y con instalaciones de precalentado,se pueden poner a régimen durante un período muy corto,para ejecutar el relleno de los tanques.


Esquema de una Planta de Gas Inerte

Esquema de gas inerte

  1. Válvula de aspiración de gas.Captura
  2. Colector de gas.
  3. Torre de lavado (Scrubber).
  4. Filtro.
  5. Toma de aire de ventiladores.
  6. Ventiladores.
  7. Válvula de no retorno.
  8. Válvula reguladora de presión.
  9. Sello de cubierta.
  10. Alimentación de agua del sello..

Explicación de la planta de Gas Inerte:

El gas producido en las calderas pasa por las válvulas de salid(1) a de los escapes a la parte inferior de la torre de lavado(2),pasa por el sello de agua de la torre(3),el gas se rocía dentro con agua para enfriarlo y quitar la mayor parte de dióxido de azufre y partículas sólidas(hollín).

El gas asciende a través del agua y atraviesa un colchón de polipropileno (4) o un secador ciclónico.

Las partes internas del lavador de gases deben ser de materiales anticorrosivos y su funcionamiento,a máxima capacidad, debe quitar por lo menos el 90% del dióxido de azufre y partículas sólidas.

De la torre de lavado,el gas pasa por el secador(4) y luego a los ventiladores(6).

De la linea de ventiladores sale un ramal de menor diámetro por donde se re-circula el exceso de gas a través de la válvula correspondiente(7).

Los ventiladores envían el gas inerte a los tanques a través de la válvula principal de control(8),que regula el flujo hacia el sistema de distribución.

A partir de la válvula principal de control,los gases entran en la zona peligrosa por lo que el sistema dispone de un equipo de seguridad para impedir que los gases retrocedan hacia la zona segura en caso de una contra-presión en los tanques.Este equipo lo componen el sello de agua de cubierta(9),la válvula de no retorno(12),la válvula de aislamiento de cubierta(13) y el ruptor de presión-vació(16).

Entre la válvula principal de control y el sello de cubierta,va instalada una válvula de ventilación,la cual debe estar cerrada cuando la planta de gas inerte está en servicio y abierta en caso contrario.

El sistema dispone de una bomba de agua de sellado(10) y de una bomba de refrigeración.


  Sellos de agua de cubierta

 El sello de agua de cubierta es la barrera principal que permite el paso de los gases inertes e impide el retorno de los mismos de la zona peligrosa a la zona de seguridad.Este mecanismo también permite la inspección y el mantenimiento de la torre de lavado sin peligro de presencia de gases.

Captura

 Para el correcto funcionamiento del sello debe mantenerse el suministro de agua,especialmente cuando la planta está parada(el sistema debe contar con un sistema de suministro de emergencia).

El sello de agua de cubierta ha de llevar un serpentín al que se le aplicará vapor en caso de bajas temperaturas para evitar que el agua se congele.

Existen 3 tipos de sellos:

  • Tipo Húmedo
  • Tipo Semi-seco
  • Tipo Seco
  • Tipo Húmedo:

Es el tipo mas sencillo.

Funcionamiento:

Durante el funcionamiento de la planta de gas,este entra en el interior del sello por el conducto,cuyo estremo está sumergido en un contenedor de agua,el gas atraviesa la barrera de líquido por burbujeo y sale hacia el colector de cubierta a través de un deshumidificador.sello tipo humedo

Al pararse el sistema,si la presión que hay en el colector es superior a la de entrada en el sello,por mal funcionamiento de la válvula de no retorno,el gas presionará sobre la barrera de agua,provocando la subida de ésta por el tubo,evitando de este modo el retroceso de gases a zona segura.

El inconveniente de este sistema es el posible arrastre de partículas de agua,lo cual,aunque no perjudica la calidad del gas,aumenta la corrosión y puede contaminar ciertas cargas,por esta razón se instala un deshumidificador después del sello.

  •  Tipo Semi-seco:

En este caso el gas no atraviesa la barrera de agua por burbujeo,ya que el flujo de gas inerte empuja hacia una cámara separada,donde se mantiene debido al efecto “Vénturi” creado por el flujo del gas mientras dura la operación de inertizado.

sello semiseco

Al pararse el sistema,cesa el flujo de gas,y por tanto,cesa el efecto “Vénturi” que mantenía el agua dentro del tanque separado,y este,se introduce en el tubo en forma de “U” impidiendo el retroceso de los gases.

  • Tipo Seco:

 En este tipo de sello,el llenado y vaciado del sello se realiza de forma automática,por medio de dos válvulas automatizadas(A)y(B).

sello seco

Cuando la planta está en funcionamiento,la válvula automatizada (A) está cerrada al detectar presión positiva en el sensor colocado en la línea.Cuando el sensor detecta contra-presión(presión procedente de los tanques),el sistema abre la válvula (A) al tiempo que cierra la (B) dando lugar al llenado del sello y evitando el retroceso de gases a la zona segura como en los casos anteriores.

La ventaja de este tipo de sistemas es que arrastra poca humedad,pero el inconveniente es un posible fallo en las válvulas automatizadas que controlan el sello.


  • Bibliografía

  •   Gas inerte, limpieza de tanques y desgasificación en buques petroleros.(David Dios Lustres)
  •  Manual de Lavado con crudo y gas inerte.( José Luís Chinea López, Vicente Hernández Santaella. COMME)
  • Universidad de La Coruña [Transportes Especiales y Mercancías Peligrosas]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comments
8 Responses to “24º Sistema de Gas inerte a bordo.”
  1. Fernando Zentner dice:

    Hola Rober!!! saludos desde Argentina. Te felicito por el blog, muy interesante. Deseo hacer un consulta, quisiera saber si el sistema de gas inerte ,ya sea independiente o no, puede llegar a generar H2S. He estado viendo bibliografía pero no he encontrado nada específico. Tengo la sospecha de que asi sea, aún siendo en muy pocas proporciones.Veo que por uso de combustible en las cisternas ( material orgánico), calentadores, etc, podría llegar a generarse.
    Desde ya muchas gracias, Fernando

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    • Hola Fernando,gracias por el comentario.
      La mayor parte de azufres que se producen en la combustion son eliminados en el scrubber o lavador de gases que al reducir drasticamente la temperatura del gas complica la formación de ácidos. Tendría que consultar algunos apuntes para ver casos concretos de H2S. De todas maneras es muy complicado que después del scrubber y los sellos de cubierta alcancen los tanques. Un saludo

      Me gusta

  2. Gonzalo dice:

    Excelente informacion, muy bien detallada, me sirve muchisimo, agradecido por su trabajo

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  3. florencia dice:

    Muchas gracias esto me ayudo mucho

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  4. Luis dice:

    Excelente información, sencilla de entender, completa y precisa, justo lo que necesita un cadete de máquinas en formación. Saludos desde Venezuela.

    Le gusta a 1 persona

  5. johanna dice:

    buena información para los novatos gracias.

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  6. Maximino Romero Velo dice:

    Enhorabuena, un articulo muy riguroso, solo una precisión donde dice “la planta de gas inerte deberá poder suministrar un 125% más del régimen de descarga”, debería de decir, la planta de gas inerte deberá poder suministrar un 125% más del (máximo) régimen de descarga. Puesto que las plantas de gas inerte se diseñan con ese precepto, 125% hablando en (Nm3/h).
    Y ya a modo de comentario, cuando yo navegaba en ese tipo de barcos 2002-2008 , las terminales de BP, Exxon y Shell exigían menos del 4% en volumen de O2 en tanques, y en el resto menos del 5%, para cargas y descargas. A día de hoy no sé como estará la cosa. Reitero mi enhorabuena se te sigue de cerca, Un saludo.

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    • Muchas gracias Maximiliano por tu comentario,repasaré esas observaciones que me comentas y las corregiré,siempre agrada ver comentarios de gente del gremio,saludos
      Full Ahead😉

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