La Agencia de Protección del Medio Ambiente de EE.UU. (EPA) prohíbe las bombas impulsadas por gas natura

Todo el mundo en la industria del petróleo y el gas sabía que iba a llegar. El fin de la energía "gratuita", que utiliza la presión del gas natural para hacer funcionar las bombas de deshidratación del gas glicolado y el trasiego de líquidos en general. Porque en realidad es cualquier cosa menos gratis. Los costes incluyen la pérdida de ingresos por ventas de gas y la liberación de contaminantes atmosféricos peligrosos y gases de efecto invernadero.

Una nueva norma de la EPA, publicada el 2 de diciembre de 2023, que cubre las operaciones nuevas y existentes de petróleo y gas, exige el uso de bombas de cero emisiones en lugar de bombas impulsadas por gas natural, con muy pocas excepciones. También restringe otros equipos accionados por gas natural, limita las emisiones fugitivas y exige reducir la quema en antorcha del gas asociado. Para más detalles, véase la normativa sobre metano de la EPA en https://www.epa.gov/controlling-air-pollution-oil-and-natural-gas-operations/epas-final-rule-oil-and-natural-gas.

Funcionamiento e impacto de las bombas de gas

Prácticamente todas las bombas accionadas por gas natural son bombas alternativas de desplazamiento positivo. Funcionan con la diferencia de presión entre la presión de la tubería de gas y la presión atmosférica. En la carrera de descarga, el gas natural a alta presión mueve un pistón o diafragma para expulsar líquido al otro lado, y luego, en la carrera de succión, ese gas natural se libera a la atmósfera.

El resultado es que el metano, un potente gas de efecto invernadero treinta veces más potente que el CO2, junto con otros contaminantes como el CO2, NOx, SO2, H2S y BTEX se ventean a la atmósfera o se envían a una antorcha y se convierten literalmente en humo. Esto es peligroso para los operarios y, si se multiplica por las 40.000 plantas de deshidratación que se calcula que hay sólo en EE.UU., para la población en general.

Una aplicación clave de las bombas de gas natural ha sido la deshidratación del gas natural mediante desecantes líquidos, que eliminan el agua del gas para evitar la corrosión y la formación de hidratos que pueden obstruir las tuberías de gas. En este proceso, el trietilenglicol (TEG) pobre (con poca o nada de agua) se bombea a una torre de contacto llena de gas natural a presiones de hasta 1500 PSI, donde absorbe el agua y el vapor arrastrados por el gas. A continuación, este glicol rico (cargado de agua) pasa a un rehervidor donde se vaporiza el agua, y el glicol caliente se bombea de nuevo a la torre de contacto en un circuito cerrado. Las bombas de glicol accionadas por gas, también conocidas como bombas de "intercambio de energía" o "neumáticas", eran la única forma de llevar a cabo este proceso de deshidratación antes de que se dispusiera de electricidad en los pozos. Estas bombas agotan el gas de propulsión y ese gas se ventila o se quema en antorcha en la atmósfera (diagrama siguiente).

Esa liberación de gas natural en el TEG rico es justo lo que prohíbe la EPA.

Otro problema de estas bombas se destaca en la publicación de la EPA de 2006 "Sustitución de bombas de glicol asistidas por gas por bombas eléctricas", cuando intentaban que los usuarios cambiaran voluntariamente. "Además, las bombas asistidas por gas colocan el TEG húmedo de alta presión frente al TEG seco de baja presión en cuatro lugares con anillos en los dos pistones y "juntas tóricas" en la biela del pistón central que los separa. A medida que los segmentos de los pistones se desgastan, se ranuran o las juntas tóricas se desgastan, el TEG rico se filtra, contaminando el TEG pobre. Esta contaminación disminuye la capacidad del deshidratador para absorber agua y reduce la eficiencia del sistema. Con el tiempo, la contaminación llega a ser suficiente para impedir que el gas cumpla las especificaciones del gasoducto (normalmente de 4 a 7 lb de agua por MMcf). Una contaminación de tan sólo el 0,5% de la corriente de TEG pobre puede duplicar la velocidad de circulación necesaria para mantener la misma eficacia en la eliminación de agua. En algunos casos, los operadores pueden hacer circular el TEG en exceso a medida que el deshidratador pierde eficacia, lo que a su vez puede dar lugar a emisiones aún mayores".

Estas bombas de intercambio de energía consumen entre 1,7 scf y 8,3 scf de gas de venta por galón de flujo de glicol pobre, lo que significa que una sola bomba podría estar consumiendo cientos de dólares al día. Esto equivale a cientos de miles de dólares anuales en pérdidas de gas de venta.

La solución: Bombas de emisiones cero

La alternativa, o en la jerga de la EPA, el BSER (Mejor Sistema de Reducción de Emisiones) es el uso de bombas de cero emisiones, que suelen ser bombas rotativas de desplazamiento positivo accionadas por motor eléctrico en lugar de bombas alternativas accionadas por gas. Las bombas rotativas son capaces de alcanzar presiones aún mayores que las bombas de gas, ofrecen una gama más amplia de caudales y eliminan las pulsaciones habituales en las bombas alternativas.

Las bombas rotativas de desplazamiento positivo accionadas por motor, como las GB-410 Series™ y GB-414 Series™ de Viking, eliminan prácticamente todos los aspectos negativos asociados a las bombas accionadas por gas para la deshidratación de glicol, a la vez que superan todos los retos de esta aplicación, incluyendo alta presión, alta temperatura, viscosidad variable, abrasivos y operaciones remotas 24/7. Con miles de instalaciones realizadas con éxito en los principales yacimientos de gas, estas bombas ofrecen capacidades de 9,5 a 485 lpm (2,5 a 128 GPM) a una presión diferencial de hasta 103 bar (1500 PSI). Su diseño exclusivo ayuda a evitar el bloqueo por choque térmico en el arranque, un modo común de fallo de otras bombas rotativas, cuyos engranajes pueden expandirse más rápido que la carcasa cuando reciben el impacto de fluido caliente. Cuando esto ocurre, los engranajes giratorios entran en contacto con la carcasa, el cabezal y/o el soporte, lo que provoca el gripado y la destrucción de la bomba.

Las bombas Viking TEG tienen una temperatura nominal de 176⁰C (350⁰F) y pueden soportar hasta un diferencial térmico de 225⁰ sin contacto, lo que simplifica las rutinas de arranque del deshidratador que, de otro modo, requerirían calentar lentamente la bomba a baja presión a través de un bypass. Esta capacidad se documenta en este vídeo:

Aplicaciones adicionales: Transferencia de Líquidos de Gas Natural a Almacenamiento

Otra aplicación común de las bombas accionadas por gas es la transferencia de líquidos de gas natural (LGN) al almacenamiento o del almacenamiento al camión cisterna. Las operaciones de trasvase de líquidos suelen realizarse con bombas de doble diafragma accionadas por aire (AODD) que se han adaptado para funcionar con gas natural en lugar de aire comprimido. Para estas bombas, el gas natural de entrada debe filtrarse y reducirse a unos 7 bares (100 PSI), que es también la presión máxima de descarga de estas bombas. Las bombas AODD expulsan volúmenes significativos de gas natural motriz directamente a la atmósfera.

Viking Pump ofrece aquí alternativas accionadas por motor, incluidas las bombas rotativas PD de engranajes internos, de engranajes externos y de paletas, que tienen una aspiración suave y una baja altura neta positiva de aspiración requerida (NPSHr) para minimizar el parpadeo en el condensado de gas volátil, aunque tienen mayores capacidades de caudal y presión que las AODD.

Como todas las bombas Viking, el caudal es directamente proporcional a la velocidad, independientemente de la presión desarrollada, lo que facilita el control del caudal. Ofrecen la posibilidad de elegir entre cierres mecánicos o accionamientos magnéticos sin sello.

El mundo está cambiando, y las bombas impulsadas por gas natural son como dinosaurios al borde de la extinción. A medida que entran en vigor las nuevas normas de la EPA contra ellas, los operadores necesitan comenzar sus conversiones a bombas de cero emisiones junto con todos los demás cambios en equipos y operaciones que se requieren. El equipo de energía de Viking Pump, y sus distribuidores autorizados, son expertos en estas aplicaciones y estarán encantados de ayudarle a realizar las conversiones necesarias al bombeo de cero emisiones.