D.J. Pack & R. Trengove | Traduccin Libre por Marcelo Reyes | 17 Marzo 2014

Formacin y deposicin de Azufre Elemental en ductos y tuberas ARTICULO TCNICO

La mayora de las compaas operadoras de gasoductos y de plantas de proceso

de gas natural rpidamente se ven identificados con el mayor problema

comnmente reportado en relacin a la contaminacin de tuberasel as

llamado polvillo negro

PGINA 1

Este polvo negro est

compuesto por varias formas de un sulfato

de hierro (FeS), xido de hierro (FeO),

hidrocarburos y componentes de asfalto.

Sin embargo, ms recientemente, una

nueva forma de contaminacin ha

atrapado la atencin de las compaas

operadoras. Este tambin involucra azufre

y es comnmente referido como los

procesos de formacin y deposicin de

azufre elemental.

Aunque el azufre es una

pequea parte de la conformacin total de

los depsitos de contaminacin

extensivamente analizados, el trmino

azufre elemental ha sido aplicado debido

al color uniformemente amarillento y olor

a azufre de los depsitos. El mecanismo de

depositamiento del azufre elemental es

algo parecido al fenmeno del polvillo

negro, sin embargo es menos predecible y

parece surgir aun cuando el azufre

elemental no es identificado en la

composicin inicial del gas a ser

transportado.

A medida que el gas es

transportado aguas abajo de la red y a

travs de una serie de reacciones qumicas

eventualmente catalizadas por la

presencia de otros componentes [1],

algunas de las molculas compuestas de

azufre liberan azufre elemental (Sg). Esto

es debido al muy complejo diagrama de

fase del azufre que presta a si mismo pasa

del estado gaseoso al estado slido cuando

las condiciones fsicas de presin y

temperatura se cumplen. Estas

condiciones, obviamente estn

relacionadas con la presin parcial Sg, son

extremadamente difcil de predecir y da la

impresin que el proceso tiene una

caracterstica de ocurrencia aleatoria.

Aunque se aplican estrictas

especificaciones de calidad a la

composicin del gas a ser transportado, es

una serie de procesos qumicos y fsicos los

que pueden llevar a la formacin de

contaminantes indeseables; (por ejemplo

Sulfuro de carbonilo (COS), Sulfuro de

Hidrogeno (H2S) y Disulfuro de Carbono

(CS2)) los cuales pueden eventualmente

liberar azufre en su fase gas. Una vez que

el azufre en forma de vapor se encuentra

en el gas transportado y a una presin

parcial especifica es probable que cambie

de un estado gaseoso directamente a un

estado slido Sg (cambio de fase

desublimacin) con la presin y la

temperatura que se

desarrolla aguas debajo de la red de

tuberas.

Con el desarrollo de grandes

redes de transporte de gas operando a altas

presiones, se ha incrementado

rpidamente las observaciones registradas

de deteccin de azufre elemental. El

fenmeno ahora parece ser un problema a

nivel mundial el cual no solamente

impacta adversamente los suministros de

gas natural sino tambin los suministros

de gas natural asociado a los yacimientos

de carbono.

Las consecuencias de la

presencia de azufre elemental varan, en

rangos desde un valor de molestias a la

operacin hasta una interrupcin

completa del suministro de gas o fallas de

equipos. El dao extensivo de plantas de

equipo rotativo, incluyendo incendios, ha

sido atribuido a la presencia de azufre

elemental. La presencia de azufre

elemental no solamente se traduce en la

potencial interrupcin del suministro de

gas, dao al equipo y problemas con la

confiabilidad general de los suministros,

sino que tambin coloca un muy grande y

costoso requerimiento sobre el sistema de

mantenimiento.

La tecnologa actual no es capaz

de determinar de manera continua y

precisa el nivel de vapor de azufre

contenido en el interior de un sistema de

ductos. Esto es debido a que el nivel de

vapor de azufre es diminuto, a

concentraciones de menos de una parte

por milln (ppm). La Figura 1 ilustra las

concentraciones variantes de vapor de

azufre en una composicin de gas natural

rica para diferentes condiciones de

temperatura y presin.

El Laboratorio de Ciencia de

Separacin de la Universidad Murdoch de

Perth ha efectuado extensivos anlisis de

espectro cromatografa msica de gas (GC-

MS) y espectro-plasmometria msica

inductivamente acoplada (ICP-MS) de

muestras de azufre elemental de ductos,

tomadas de diferentes ductos de

transmisin de gas natural australianos y

de otros continentes. Los cronogramas de

iones totales generados. Han demostrado

claramente la presencia importante de

componentes de hidrocarburos simples y

compuestos dentro de los depsitos. Este

trabajo de anlisis ha identificado aceites

de compresor, grasas, fluidos de

deshidratacin del gas, condensado, tipos

de hidrocarburos simples y una variedad

de elementos, incluyendo varios metales

de la transicin, como los que estn

presentes en las as llamadas muestras de

azufre elemental.

Aunque las muestras tienen

elementos y compuestos en comn, hay

pequeas diferencias entre las muestras

que pueden ayudar en el origen de algunos

Figura 1. Mapa de vapor de azufre para composiciones de gas natural ricas

PGINA 2

de los componentes de las muestras y en

los procesos de formacin y deposicin de

las partculas. Obviamente al tener la

habilidad de controlar la entrada o

creacin de estos elementos y compuestos

ayudara a reducir el problema de

depsitos de azufre elemental. Es posible

que la presencia de las partculas ya en

suspensin en el flujo de gas puede, en

conjunto con las partculas de azufre

nucleado, proveer un nmero suficiente

de partculas para que se d el proceso de

coagulacin (crecimiento de partculas).

Esto es porque la velocidad de coagulacin

es proporcional al cuadrado del nmero de

partculas presentes. Es por lo tanto

posible que pudiera haber circunstancias

donde el nmero de partculas nucleadas

no es lo suficientemente grande para que

lleve lugar una coagulacin significativa.

El control del proceso de

deposicin de azufre elemental no est

dentro del alcance de este articulo---es un

tema extenso y es discutido en otros sitios. 2

As como para el problema ms

comn de polvillo negro, el mecanismo de

deposicin de azufre elemental tambin

ha demostrado que pudiera ser

preferencial a las condiciones del sitio. Por

ejemplo, en ciertas locaciones a lo largo de

un sistema de ducto de transmisin de gas

dado, o un site A de regulacin de

presin o medicin pudiera ser conocido

como una locacin en la que se forma

depsitos de azufre elemental, an una

instalacin B de la misma tubera

recibiendo el mismo gas natural a unas

condiciones idnticas de temperatura y

presin de flujo no ser impactada, o ser

mnimamente impactada, por el

fenmeno de deposicin de azufre

elemental.

Instalaciones independientes

que toman como fuente de suministro de

gas un lateral que tienen una conexin T

horizontal en la lnea principal parece ser

susceptible al proceso de deposicin de

azufre en caso de que la relacin de flujo

de gas que fluye hacia el lateral es

aproximadamente menor a un quinto del

flujo de la lnea principal (casos de estudio

han confirmado esto), aunque la

orientacin del tubo tiene una influencia

significativa. Esto tambin significa que el

equipo pequeo que utiliza gas localizado

en las instalaciones del gasoducto, tal

como alternadores/motores de

combustin interna a gas, son ms

susceptibles a los depsitos de azufre,

Como una regla general entre ms grande

sea la cada de presin en el site

contaminado, mayor ser la probabilidad

de la deposicin de azufre elemental.

La investigacin conducida a la

fecha ha proporcionado un entendimiento

de cmo y porque ocurren los procesos de

deposicin y formacin de azufre

elemental. A partir de estos

descubrimientos ha sido posible realizar y

exitosamente probar varias

recomendaciones generales de operacin

de gasoductos en condiciones de campo.

Los resultados del programa de

investigacin incluyen:

Determinacin de la cintica

asociada con el proceso de

sublimacin del azufre (cambio del

estado de vapor directamente al

estado slido). Esto ha

proporcionado una idea del porque

ocurre el proceso de deposicin.

La generacin del mapa de vapor de

azufre para la prediccin de los niveles

de saturacin de vapor de azufre en el

flujo de gas. Demostrndose que

nicamente se requieren niveles de

vapor de azufre menores a un una ppm

para que ocurra la deposicin.

Demostracin, mediante estudios de

dinmica de fluidos basados en

computador, de la contribucin para la

deposicin del azufre elemental debido

a las complejidades del flujo bifsico en

las uniones de tubera en forma de T.

Comprendindose por qu ocurre

deposicin observada en selecciones de

sites preferenciales.

La susceptibilidad de algunas

configuraciones de cedazos y tipos de

vlvulas para la ocurrencia de

deposicin de azufre elemental.

La importante contribucin de los

compuestos de hidrocarburo en los

procesos de formacin de azufre

elemental y deposicin.

El impacto del proceso de

transportacin de azufre en la formacin

de azufre elemental ha mostrado la

importancia de la interaccin de varios

compuestos de azufre durante los

procesos de transportacin de gas en el

proceso de formacin de azufre

elemental.

Las similitudes entre los proceso de

contaminacin de azufre elemental y el

polvillo negro

La determinacin de que algunos de los

elementos ms nicos detectados

parecen tener su origen en los materiales

y/o las rocas de cristal encontradas a lo

largo de las rutas de ducto particulares.

El as llamado proceso de deposicin de

azufre elemental es extremadamente

complejo, sin embargo la cintica

involucrada esta ahora siendo entendida.

Las partculas extraas en el flujo de gas

claramente pueden contribuir de manera

importante a este proceso no deseado. Se

requiere ms investigacin,

particularmente en la dinmica de flujo y

el diseo de equipo usado en las

instalaciones reductoras de presin y en

porque puede ocurrir depsitos en sites

seleccionados preferenciales.

Figura 2. Cedazo de Vlvula con depsitos de azufre elemental