«El Polvo Negro™ (Black Powder) es un término de la industria del petróleo y gas para referirse a la contaminación abrasiva y reactiva presente en todos los hidrocarburos y derivados de hidrocarburos. Es una mezcla de diversas formas de sulfuro de hierro y óxido de hierro, junto con otros compuestos y sustancias que incluyen cloruros, sodio, calcio, cascarilla de laminación, arena, glicol y varios tipos de ‘suciedad’, como sílice y otras partículas. También se conoce como rouge, suciedad negra, suciedad marrón, suciedad roja y varios otros nombres.
- El Polvo Negro se forma inicialmente como un producto de corrosión a base de azufre a partir de interacciones microbianas y químicas.
- La acumulación del abrasivo Polvo Negro promueve la corrosión y erosión y el deterioro adicional de la tubería y el equipo en todas las tuberías e instalaciones de hidrocarburos.
El Polvo Negro se origina en las formaciones productoras y se precipita a lo largo de toda la cadena de valor de los hidrocarburos: durante el transporte, procesamiento, almacenamiento, fraccionamiento, refinación, producción petroquímica y carga y descarga.
Polvo Negro extraído de la succión de una bomba de producto de queroseno.
Contaminación de óxido de hierro acumulada en tuberías resultante del Polvo Negro.
Fuentes del Polvo Negro
Corrosión
- Formación bacteriana: Las bacterias productoras de azufre y ácido dependen de las reacciones entre agua y hierro para iniciar la formación de contaminación por Polvo Negro.
- Formación química: La humedad, el sulfuro de hidrógeno, la temperatura y/o la variación de presión son catalizadores adicionales para el desarrollo del Polvo Negro.
Erosión
- Una vez formado, el Polvo Negro continúa acumulándose debido tanto a la corrosión como a la erosión a medida que los hidrocarburos avanzan aguas abajo — todas las tuberías y equipos son vulnerables a sus impactos erosivos.
- Si no se elimina en varios puntos de la cadena de valor de los hidrocarburos, continuará acumulándose debido a las fuerzas erosivas y eventualmente obstruirá tuberías, medidores, válvulas, intercambiadores de calor, rehervidor es y otros equipos, incluidos los filtros convencionales de medios de profundidad.
Captura de Contaminación No Ferrosa
Los sistemas de Separación Magnética de BPS capturan la contaminación particulada de Polvo Negro, que incluye partículas tanto ferrosas como no ferrosas. Es bien conocido que los materiales ferrosos son atraídos por fuerzas magnéticas; sin embargo, la captura de partículas no ferrosas por fuerzas magnéticas es menos comprendida.
Las partículas no ferrosas son capturadas magnéticamente debido a la contaminación cruzada con partículas ferrosas. Toda contaminación particulada adquiere carga electrostática debido a las interacciones físicas con otras partículas y superficies, como en tuberías o en aplicaciones de procesamiento de hidrocarburos. Esta carga electrostática hace que las partículas ferrosas con carga negativa y positiva se adhieran a las partículas no ferrosas con carga positiva y negativa. La partícula ferrosa en este par de partículas es entonces atraída hacia el elemento magnético dentro del Sistema de Separación Magnética.
Existen otras formas de adhesión que también causan el emparejamiento de partículas ferrosas y no ferrosas, incluyendo el empotramiento y las fuerzas capilares, aunque el emparejamiento estático es el mayor contribuyente a este proceso.
Una combinación de incrustaciones de carbonato de calcio y corrosión que obstruye la tubería principal del sistema de agua de enfriamiento.
Cómo se induce la carga electrostática
La carga electrostática se genera siempre que hay fricción entre dos cuerpos que se mueven uno en relación al otro. La generación de carga ocurre a nivel molecular en la interfaz de dos materiales diferentes, por lo que se generará una carga estática en cualquier fluido en movimiento, con cargas positivas o negativas moviéndose del fluido hacia la superficie de contorno.
Las causas de la carga electrostática incluyen los siguientes ejemplos:
- Fricción entre las paredes de la tubería y los fluidos en movimiento.
- Altas velocidades de fluido.
- Paso de fluidos o gases a través de elementos separadores u otras estructuras microporosas.
- Turbulencia creada por bombeo o compresión, particularmente en unidades centrífugas.
- Descarga de fluido sobre la superficie libre de un tanque de almacenamiento.
Contaminantes que adquieren carga
La cantidad de carga generada por el flujo de un líquido de hidrocarburos y la filtración está relacionada con varias propiedades del fluido y del separador. La generación de carga típicamente se fortalece con el aumento del flujo, la reducción de la conductividad del fluido, con ciertos paquetes de aditivos y con el aumento de la viscosidad. La acumulación de carga aumenta con menor conductividad del fluido, temperaturas más bajas y viscosidades más altas.
Introducción a la Contaminación por Polvo Negro
La contaminación por Polvo Negro es un término ampliamente utilizado para referirse a una contaminación particulada muy penetrante que se encuentra en todas las instalaciones y tuberías de hidrocarburos, sistemas de agua, polvos petroquímicos y otros sistemas de fluidos y gases…
Composición y Formación del Polvo Negro
La composición del Polvo Negro es variable; depende de la ubicación geográfica, los elementos y compuestos de la formación subsuperficial, los tipos de hidrocarburos, el tipo de instalación/proceso, los compuestos/químicos introducidos…
Gestión del Polvo Negro
Estándar de la Industria vs. Tecnología de Black Powder Solutions
Los ciclones, separadores, coladores de cono y canasta con malla fina se utilizan para reducir los niveles de contaminación por Polvo Negro, pero no son eficientes a niveles submicrónicas y son susceptibles a la obstrucción y pérdida de integridad estructural.
Para condensados de hidrocarburos, crudo ligero, crudo pesado y productos refinados, se utiliza muy poca filtración. Los daños a los medidores de flujo, válvulas y bombas son muy costosos. La filtración tradicional utilizada en estas aplicaciones son mallas en formatos de colador de cono y canasta diseñadas para detener la contaminación superior a 100 micrones.
Estándar de la Industria
Actualmente, la mayoría de las medidas empleadas para tratar el Polvo Negro son reactivas y no proactivas, como la limpieza con raspadores y limpiadores químicos, lo que resulta en tiempos de inactividad y costos significativos.
Las medidas proactivas actuales consisten en tratar las tuberías de gas ácido con inhibidores de corrosión, emplear tuberías revestidas y, cuando sea posible, reemplazar las tuberías de acero con tuberías de plástico.
Para gasoductos, se emplean filtros tradicionales que consisten en elementos de filtro de cartucho fabricados con medios de papel, fibra de vidrio o polímero con diversas capacidades de filtración clasificadas para reducir los niveles de Polvo Negro. Estas tecnologías son ineficientes porque se obstruyen rápidamente y requieren costosos cambios que resultan en una producción reducida. Estas tecnologías presentan restricción de flujo que genera estrés en los sistemas de bombeo o compresores, requiriendo mayor potencia para mantener el flujo.
Tecnología de Black Powder Solutions
Black Powder Solutions (BPS) proporciona prácticas de gestión proactivas para reducir los niveles de contaminación, mitigando el impacto negativo general que el Polvo Negro tiene en la integridad operativa de las tuberías. La solución a este problema es emplear Tecnología de Separación Magnética en ubicaciones estratégicas a lo largo del sistema de tuberías, refinerías, plantas químicas, city gates e instalaciones de carga.
Durante los últimos 25 años, mejoras significativas en la tecnología de imanes de tierras raras han creado la capacidad de usar campos magnéticos como medio de filtro o separador, que es amigable con el medio ambiente y el usuario, altamente eficiente y rentable.
BPS diseña y fabrica Separadores de Polvo Negro en formato modular para gasoductos y tuberías de fluidos de hidrocarburos de flujo completo que eliminan la contaminación de polvo negro ferroso y no ferroso. Esto se logra mediante tres métodos:
- Atrapamiento de las partículas de hierro que se mezclan con las no ferrosas durante el flujo.
- Carga estática de origen natural creada por el flujo de gas o fluidos a través de tuberías, denominada adhesión estática. Las partículas ferrosas y no ferrosas se cargan y se unen cuando se encuentran en el flujo. Al exponerse a los Campos Magnéticos Radiales de BPS, se atraen y se adhieren a la superficie de la varilla del Separador Magnético.
- Las fuerzas capilares también pueden unir partículas no ferrosas a partículas ferrosas, aunque no es tan común.
En gasoductos y oleoductos, los materiales aglutinantes como parafinas, glicoles y asfaltenos se unen con partículas finas ferrosas y de arena, adhiriéndose a los campos magnéticos al pasar a través de los Separadores de Polvo Negro.
La contaminación de Polvo Negro atrapada en los Separadores Magnéticos se elimina fácilmente y se almacena en bolsas minerales. Cuando la composición es principalmente sulfuros de hierro, existe la posibilidad de autoignición (brasas y llamas); se deben tomar precauciones para saturar el Polvo Negro con un químico para neutralizarlo.
Retirar y monitorear las cantidades de Polvo Negro en ubicaciones estratégicas a lo largo de las líneas de transmisión reducirá el factor de erosión y puede servir como herramienta de monitoreo del ciclo de vida de la pared de la tubería.
Las ubicaciones principales para el empleo de los Separadores BPS para reducir los niveles de contaminación son la carga y descarga de productos en instalaciones portuarias, antes de plantas de GNL, refinerías, plantas químicas de gas, estaciones de medición y plantas de energía. Un producto más limpio que ingrese a estas instalaciones mejorará la producción y reducirá los costos operativos al disminuir el desgaste prematuro de los componentes de los equipos de proceso.