O que é o ponto de orvalho de hidrocarbonetos - e como ele é medido?

Constituintes do gás natural

No ponto de extração, o gás natural é composto por 20 ou mais constituintes individuais de hidrocarbonetos e não hidrocarbonetos. O metano é o principal componente, normalmente entre 60 e 90%, com outros componentes presentes em diferentes proporções, desde altas porcentagens até traços de menos de 0,01%. Os constituintes indesejáveis que não são hidrocarbonetos incluem dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e umidade. Além do metano, outros componentes de hidrocarbonetos incluem etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10).

O processamento inicial seca o gás para remover a água líquida e reduzir a concentração de vapor de água. O processamento posterior remove o CO2 e o H2S antes que a separação a temperatura reduzida extraia os condensados arrastados e reduza a concentração de hidrocarbonetos não metânicos, como os líquidos de gás natural (NGLs) - etano, propano, butano, isobutano e gasolina natural. O resultado é uma mistura de gás com uma alta proporção de metano, mas que ainda contém quantidades variáveis de etano, propano e butano.

Assim, o termo “gás natural” descreve uma mistura de gases que contém uma ampla variedade de hidrocarbonetos, desde alifáticos leves de cadeia curta (compostos não aromáticos) até moléculas pesadas de cadeia longa.

Como o ponto de orvalho de hidrocarbonetos é definido pelo setor?

O ponto de orvalho de hidrocarbonetos (HCDP) indica a temperatura na qual os componentes pesados de hidrocarbonetos começam a se condensar da fase gasosa quando o gás é resfriado a pressão constante. Às vezes, esse ponto é chamado de “queda de líquido de hidrocarboneto”.

Portanto, um HCDP mais alto normalmente indica uma proporção maior de componentes de hidrocarbonetos pesados. Esse é um parâmetro importante para os operadores de tubulações: se o gás natural contiver uma alta proporção de hidrocarbonetos pesados, haverá um risco maior de formação de condensado líquido na tubulação.

O HCDP é definido como a série de pontos de pressão e temperatura correspondentes nos quais os hidrocarbonetos se condensam em líquido a partir de uma mistura de gás natural. Normalmente, ele é exibido em um diagrama de fase (veja abaixo) como uma função da pressão e da temperatura do gás, para gás natural com uma determinada composição. A linha do ponto de orvalho divide a região de duas fases gás-líquido e a região de uma única fase de gás. Duas temperaturas de ponto de orvalho são possíveis em uma determinada pressão e duas pressões de ponto de orvalho são possíveis em uma determinada temperatura.

Esse fenômeno de envelope de fase proporciona o comportamento conhecido como condensação retrógrada. A palavra “retrógrada” significa movimento para trás, e esse fenômeno recebeu esse nome porque é contraditório ao comportamento de fase dos componentes puros, que se condensam com o aumento da pressão e/ou a diminuição da temperatura. A pressão máxima na qual os líquidos podem se formar é chamada de cricondenbar, e a temperatura máxima na qual os líquidos podem se formar é chamada de cricondentherm. Observe que, dada a forma do envelope de fase, a medição do ponto de orvalho do hidrocarboneto e do potencial líquido do hidrocarboneto geralmente é realizada a uma pressão entre 25 e 30 bar (idealmente 27 bar), onde a perda de líquido ocorre nas temperaturas mais altas. Quando o condensado se forma a partir de uma mistura de gás, a distribuição dos hidrocarbonetos muda de modo que a fase líquida se torna mais rica em componentes mais pesados, enquanto a fase gasosa se torna mais pobre nesses componentes mais pesados. À medida que o gás é resfriado abaixo da temperatura original do ponto de orvalho, toda a curva do ponto de orvalho se desloca para um ponto mais frio para a fase de gás restante, que agora está empobrecida em componentes mais pesados. A temperatura do gás resfriado torna-se o novo HCDP do fluxo de gás.

Dificuldades na medição do ponto de orvalho de hidrocarbonetos

O ponto de orvalho de hidrocarbonetos (HCDP) não é um parâmetro fácil de medir. A composição do gás, os contaminantes e aditivos, as altas pressões e a presença de compostos corrosivos variam de tubulação para tubulação e afetam os resultados das medições.

O HCDP é muito sensível aos componentes específicos do fluxo de gás e é fortemente influenciado pela concentração de hidrocarbonetos mais pesados, especialmente C6+. A presença de hidrocarbonetos mais pesados aumentará a HCDP, e a não inclusão deles em um cálculo de HCDP subestimará a HCDP. Portanto, uma determinação precisa da HCDP requer a avaliação da distribuição dos componentes individuais na fração C6+ (pelo menos C9, mas possivelmente maior).

Como medir o ponto de orvalho de hidrocarbonetos

Há vários métodos diferentes aceitos para medir o ponto de orvalho de hidrocarbonetos que foram desenvolvidos ao longo do tempo.

Analisadores ópticos on-line de ponto de orvalho de hidrocarbonetos
Esses analisadores usam um sensor de espelho resfriado para determinar a temperatura do ponto de orvalho de hidrocarbonetos da amostra de gás de forma precisa e automática. Sua principal vantagem é a repetibilidade confiável das medições - ao contrário do escopo de orvalho manual descrito abaixo, as medições são totalmente objetivas e automáticas. Não há necessidade de operadores especializados e os custos gerais de operação são baixos, embora haja um investimento de capital significativo.

Michell Instruments’ CD603 Condumax Dew-Point Analyzer utiliza a técnica Dark Spot, que é uma variação do sensor de ponto de orvalho de espelho resfriado, para fornecer medições contínuas e precisas de HCDP. As medições do ponto de orvalho da água também estão disponíveis com o mesmo analisador, usando o sensor de umidade de óxido de metal cerâmico da Michell.

Testadores manuais de ponto de orvalho de hidrocarbonetos com espelho refrigerado
Destinados a fazer verificações pontuais da qualidade do gás natural em tubulações e para verificar as medições de outros analisadores de ponto de orvalho de hidrocarbonetos, os testadores de ponto de orvalho de hidrocarbonetos são instrumentos portáteis projetados para serem facilmente usados por um engenheiro solitário no campo.

Além de sua portabilidade, a principal vantagem dos testadores manuais de ponto de orvalho é seu baixo investimento de capital. No entanto, eles são recomendados apenas como uma ferramenta de manutenção ou para realizar verificações pontuais em pontos onde não há um analisador on-line instalado.

Apesar de sua conveniência, há várias desvantagens, inclusive os altos custos de operação. Embora o instrumento em si seja simples, seu uso é altamente trabalhoso e requer uma equipe altamente treinada. As medições em si são subjetivas, pois dependem do julgamento do operador. Não importa o quanto os operadores sejam experientes e bem treinados, a precisão da medição variará entre cada indivíduo até certo ponto. Devido a esses fatores, os osciloscópios de orvalho de espelho refrigerado manuais são adequados apenas para verificações pontuais periódicas da qualidade do gás.

A técnica original para medir o ponto de orvalho de hidrocarbonetos era usar um osciloscópio de orvalho com espelho resfriado. Esse é um método manual que exige que um operador habilidoso observe a formação de condensado em um espelho resfriado e use seu julgamento para determinar a temperatura do ponto de orvalho.

Vídeo de alta resolução para medições confiáveis e repetíveis
Desenvolvimentos recentes em modelos mais novos de teste de ponto de orvalho portátil superaram muitas das desvantagens e limitações dos instrumentos mais antigos.

Michell Instrument’s CDP301 Condumax Dew Point Tester usa a técnica fundamental do espelho resfriado, mas reduz a dependência do julgamento de um operador para registrar com precisão a temperatura do ponto de orvalho. O CDP301 usa vídeo de alta definição para exibir a formação de condensado em uma tela, facilitando para os usuários a determinação da temperatura exata do ponto de orvalho com o clique de um botão. O vídeo também é gravado para fornecer um registro preciso de todas as medições para análise posterior. O CDP301 também é capaz de medir o ponto de orvalho da água usando o mesmo sensor de espelho resfriado.

Cromatógrafo de gás (GC) para análise detalhada da composição do gás
Usado adequadamente, um cromatógrafo a gás permite que os usuários analisem ainda mais a composição exata do gás natural. Esse método determina as concentrações de cada elemento de hidrocarboneto (até C12 na maioria dos casos). Um cromatógrafo a gás, como o LDetek MultiDetek2-EXpermite que os usuários:

• combine vários parâmetros de qualidade/tarifa de gás em um único analisador
• identificar os componentes que contribuem para um alto nível de ponto de orvalho para determinar o motivo/fonte
• fornecer uma curva de envelope de fase teórica.

No entanto, um GC não é a solução ideal para monitorar o processo porque usa valores calculados para determinar o ponto de orvalho do hidrocarboneto. Um analisador de ponto de orvalho de hidrocarbonetos on-line, como o Condumax II, é o método mais eficiente e econômico para monitorar o processo e detectar condições de perturbação do processo, com um GC secundário usado para fornecer dados de análise adicionais.

Conclusão: O que é o ponto de orvalho do hidrocarboneto e por que ele é importante

Compreender o que é o ponto de orvalho, especificamente o ponto de orvalho de hidrocarbonetos, é fundamental para manter a eficiência e a segurança dos sistemas de gás natural. O ponto de orvalho de hidrocarbonetos mede a temperatura na qual os hidrocarbonetos mais pesados se condensam fora da fase gasosa, o que pode levar a problemas operacionais, como bloqueios e danos aos equipamentos. O monitoramento e o controle precisos do HCDP ajudam a evitar esses problemas, garantindo operações de tubulação tranquilas e confiáveis. O emprego de tecnologias avançadas de medição permite a determinação precisa do ponto de orvalho dos hidrocarbonetos, o que é essencial para otimizar a qualidade do gás e proteger a infraestrutura.

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