El término "pólvora negra" se utiliza en la industria para denominar a la contaminación por partículas reactivas y abrasivas presente en todas las líneas de transmisión de fluidos de hidrocarburos y gas. La pólvora negra varía de marrón claro a negro y su composición mineral varía según el campo de producción en todo el mundo.
El polvo negro se forma a lo largo de todo el proceso de producción de tuberías, desde las formaciones de producción, pasando por los pozos , hasta las líneas de recolección, en los depósitos para la separación de fluidos y a lo largo de las tuberías de transmisión. Después del refinamiento, el polvo negro continúa acumulándose en las plantas de gas y refinerías, los depósitos de almacenamiento y, finalmente, hasta el usuario final. El polvo negro es un compuesto de óxidos de hierro , sulfuros de hierro , suciedad variada como sílice y calcio, así como cloruro, sodio y otras partículas de material. [1] [2]
El polvo negro es el resultado de reacciones químicas y bacterianas dentro de los sistemas de hidrocarburos. Desde el punto de vista bacteriano, las bacterias reductoras de sulfato y las bacterias productoras de ácido dependen de la reacción del agua y el hierro para formar los sulfuros de hidrógeno que causan la oxidación y, a su vez, el polvo negro. Desde el punto de vista químico, los tres catalizadores principales de la contaminación por polvo negro son la humedad, el H2S y la variación de la temperatura o la presión. Dentro de los sistemas de transmisión por tuberías, la humedad siempre presente cataliza la corrosión bacteriana y química de las paredes de acero al carbono dentro de las tuberías y los depósitos de almacenamiento. En las refinerías, plantas de procesamiento y depósitos de almacenamiento, si hay H2S presente, corroerá todos los componentes de acero al carbono creando más polvo negro. Se producen cambios severos de temperatura y presión en todo el oleoducto en las puertas de la ciudad, las plantas de procesamiento y las refinerías, lo que precipita óxidos de hierro, sulfuros de hierro y azufre del gas o los líquidos de hidrocarburos. Estas partículas tienen una afinidad por sí mismas y, a lo largo del resto del proceso de la tubería, alcanzarán niveles mensurables instantáneamente, lo que provocará nubes de polvo negro en el flujo.
Cuando hay humedad se produce corrosión y el subproducto son partículas muy abrasivas de sulfuro de hierro y óxido de hierro. Estos dos componentes son similares en el sentido de que el sulfuro se forma y reside en la tubería en ausencia de oxígeno, pero se convierte en óxidos de hierro en presencia de oxígeno. El oxígeno no tiene por qué ser oxígeno libre, sino que puede provenir de la descomposición de otros compuestos que contengan átomos de oxígeno.
La mayor parte de la composición de la pólvora negra es de naturaleza ferrosa o magnética. Otras fuentes de pólvora negra son las cascarillas de laminación del proceso de fabricación de tuberías, la oxidación a alta temperatura del acero y el óxido instantáneo que se crea cuando se prueba la tubería hidrostáticamente. [1]
Se sabe que los microbios que se encuentran en las tuberías y las estructuras geológicas producen sulfuros de hierro y corrosión de las tuberías. Los microbios más comunes que se encuentran en los gasoductos y que pueden producir sulfuros de hierro son:
La viabilidad de los microbios para corroer las superficies interiores de las tuberías depende de los mismos materiales de origen que la corrosión química por sulfuro, es decir, el agua y el hierro. Además, los microbios dependen de los ácidos grasos volátiles (AGV) de cadena corta como fuente de nutrientes. Estos casi siempre se encuentran donde hay agua en un entorno de tuberías cerrado. [1]
El flujo de un gas o un hidrocarburo líquido por una tubería provoca erosión como resultado del contacto entre la pared de la tubería y el medio que se transporta. Los principales factores que aumentan la erosión son la velocidad de flujo y los niveles de contaminación presentes en el gas o el hidrocarburo líquido. El grado de erosión aumenta a medida que aumentan los niveles de contaminación de pólvora negra a medida que fluye por la tubería. [1]
Como la mayoría de las líneas de transmisión, sistemas de transporte y depósitos de almacenamiento están fabricados con acero al carbono blando, todas las etapas de una tubería son vulnerables a la erosión de los componentes de la tubería en la línea de transmisión por exposición al polvo negro. Los sulfuros de hierro y los óxidos de hierro dañan significativamente los componentes desde el origen de la tubería hasta la entrega del producto final porque antes de la precipitación, están en niveles submicrónicos y por debajo de ellos, por lo tanto, son indetectables cuando pasan a través de sensores y medidores. El polvo negro, en este tamaño, daña los sellos de las bombas, los medidores, las válvulas y los componentes del compresor porque forma placas y desgasta intercambiadores, bandejas, orificios y válvulas. Estos componentes e instrumentación comprometidos provocan restricción de flujo y límites de presión alterados. [1]
Se utilizan ciclones, separadores, filtros cónicos y de canasta con malla fina para reducir los niveles de contaminación por pólvora negra, pero no son eficientes a niveles submicrónicos y están sujetos a taponamiento y pérdida de integridad estructural.
En el caso de condensados de hidrocarburos, crudos ligeros o pesados y productos refinados, se utiliza muy poca filtración. Los daños a los medidores de flujo, válvulas y bombas son muy costosos. La filtración tradicional que se utiliza en estas aplicaciones son mallas de filtro cónico y de filtro de canasta, que están diseñadas para detener la contaminación de más de 100 micrones.
En la actualidad, la mayoría de las medidas empleadas para lidiar con la pólvora negra son reactivas y no proactivas, como el raspado y los limpiadores químicos, lo que genera tiempos de inactividad y costos significativos.
Las medidas proactivas actuales son tratar las tuberías de gas agrio con inhibidores de corrosión, utilizar tuberías revestidas y, cuando sea posible, reemplazar las tuberías de acero con tuberías de plástico.
En el caso de las tuberías de gas, se utiliza la filtración tradicional, que consiste en elementos de filtro de cartucho fabricados a partir de papel, fibra de vidrio o polímero con distintas capacidades de filtración nominales, para reducir los niveles de pólvora negra. Estas tecnologías son ineficientes porque se obstruyen rápidamente y requieren cambios costosos, lo que reduce la producción. Estas tecnologías presentan una restricción del flujo que causa estrés en los sistemas de bombeo o compresor, lo que requiere una mayor potencia para mantener el flujo.
La nueva tecnología magnética de tierras raras de BPS ofrece prácticas de gestión proactivas para reducir los niveles de contaminación, mitigando el impacto negativo general de la pólvora negra en la integridad operativa de los oleoductos. La solución a este problema es emplear tecnología de separación magnética en lugares estratégicos en todo el sistema de oleoductos, refinerías, plantas químicas, puertas de acceso a la ciudad e instalaciones de carga. [2]
En los últimos 15 años, mejoras significativas en la tecnología magnética de tierras raras han creado la capacidad de utilizar campos magnéticos como un medio de filtro o separador que es amigable con el medio ambiente y el usuario, altamente eficiente y rentable.
Mediante el uso de separadores de pólvora negra en un formato modular para tuberías de gas y fluidos de hidrocarburos de flujo completo que eliminan la contaminación de pólvora negra ferrosa y no ferrosa. Esto se logra mediante dos métodos:
En los oleoductos y gasoductos naturales, los materiales aglutinantes como parafinas, glicoles y asfaltenos se combinan con partículas finas de hierro y arena y quedan atrapadas en los campos magnéticos cuando pasan a través de los separadores de polvo negro.
La contaminación de pólvora negra atrapada en los separadores magnéticos se elimina fácilmente y se almacena en bolsas minerales. Cuando la composición es principalmente de sulfuros de hierro, existe la posibilidad de autoignición (ardor y llamas); se deben tomar precauciones para saturar la pólvora negra con un producto químico para neutralizarla.
La eliminación y el monitoreo de las cantidades de pólvora negra en lugares estratégicos a lo largo de las líneas de transmisión reducirá el factor de erosión y puede actuar como una herramienta de monitoreo del ciclo de vida de las paredes de las tuberías.
Los lugares privilegiados para el uso de separadores de pólvora negra con el fin de reducir los niveles de contaminación son la carga y descarga de producto en las instalaciones portuarias, antes de las plantas de GNL, refinerías, plantas químicas de gas, estaciones de medición y centrales eléctricas. El producto más limpio que ingresa a estas instalaciones mejorará la producción y reducirá los costos operativos al reducir el desgaste prematuro de los componentes del equipo de proceso. [3]