Medición de nivel para gas licuado

Johan Sandberg, de Emerson, explica cómo los medidores de radar ayudan a la gestión de inventarios y a la prevención de sobrellenado en aplicaciones de almacenamiento de tanques de GNL y GLP.

La tecnología de medición de nivel es un componente clave de los sistemas de medición de tanques que contienen gas natural licuado (GNL), gas licuado de petróleo (GLP) u otros gases licuados. Las mediciones fiables del nivel de líquido en el interior de complejos tanques de contención total son vitales para la gestión de inventarios y la transferencia de custodia, así como para evitar los sobrellenados.

En las aplicaciones de gas licuado, la medición de nivel se ha realizado a menudo con tecnología servo. Un pequeño desplazador suspendido por un fino cable se conecta a un servomedidor situado en la parte superior del tanque. Un sistema de pesaje en el servomedidor detecta la tensión del cable y envía señales para controlar un motor eléctrico en la unidad servo, haciendo que el desplazador siga el nivel del líquido. En tiempos más recientes, las lecturas de estos dispositivos se han automatizado.

La servotecnología tiene algunas deficiencias importantes. Los servomedidores tienen muchas piezas móviles que son susceptibles de desgaste mecánico, lo que aumenta sus requisitos de mantenimiento y la probabilidad de fallo. Dado que el desplazador y el cable están en contacto con el líquido, pueden contaminarse, lo que afecta a la precisión de la medición, y puede suponer la necesidad de recalibración, mantenimiento y reparaciones. Además, el servomedidor es sensible a los cambios de densidad del líquido, lo que afecta a su precisión de medición.

Los temores de los radares son infundados

Una de las razones por las que se sigue utilizando la tecnología servo es que a algunos operadores les preocupa que los medidores de radar no funcionen bien en esta aplicación debido a la alta densidad del gas en el espacio de vapor. Sin embargo, estas preocupaciones sobre la influencia del gas en las señales de radar son infundadas.

Los medidores de nivel por radar han demostrado un excelente rendimiento en prácticamente todos los líquidos almacenados en tanques atmosféricos y en gases licuados en tanques refrigerados. Se utilizan en más de 8.000 tanques de GNL y GLP en todo el mundo. Durante casi 40 años de servicio, ninguna instalación de radar de Emerson ha experimentado ningún problema relacionado con la seguridad o la fiabilidad debido a la densidad del vapor o del gas.

La fortaleza de la señal optimizada

Esto no quiere decir que conseguir mediciones de nivel precisas en estas aplicaciones no sea un reto. Un medidor de radar necesita un eco suficientemente fuerte de la superficie del líquido. En las aplicaciones de gas licuado, se utiliza una tubería sin gas para guiar la señal de radar, lo que da lugar a un eco fuerte y sin perturbaciones procedente de la superficie del líquido. Los modernos medidores de radar descendente utilizan tecnología de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) que optimiza la intensidad de la señal de radar y produce una medición más robusta y fiable. El resultado es una precisión de medición de nivel de 0,5 milímetros (0,020 pulgadas) y una reducción del 180% en la incertidumbre de volumen en comparación con métodos de medición menos sofisticados, como los servomedidores.

Impresionante fiabilidad

Los medidores de nivel por radar también pueden presumir de una impresionante fiabilidad, con un tiempo medio entre fallos de las piezas críticas que se mide en décadas. Su diseño minimiza los requisitos de mantenimiento porque no tienen piezas móviles y no tocan el líquido. Al no requerir mantenimiento ni recalibración periódica, la disponibilidad de estos dispositivos se acerca al 100% durante su larga vida útil, lo que maximiza la disponibilidad operativa de tanques y depósitos.

Debido al tamaño de los tanques de gas licuado, suelen ser necesarias largas distancias de medición. Sin embargo, los medidores de nivel por radar disponen de antenas que pueden detectar con precisión los niveles de los tanques a distancias superiores a 60 m, y las mediciones pueden verificarse mientras el tanque sigue en funcionamiento. Esto se consigue comparando los valores de nivel medidos con la distancia conocida de una clavija de verificación montada en la tubería fija, junto con una placa de desviación en el extremo de la tubería.

Sin necesidad de diversificación

Es una práctica habitual instalar tres medidores de nivel, dos de los cuales sirven de apoyo al sistema de medición del tanque y un tercero proporciona información para el sistema de prevención de sobrellenado. El sistema de seguridad instrumentado (SIS) puede integrar la información de los tres medidores, y las alarmas del SIS se activan con un esquema de votación de dos de tres.

Un concepto erróneo común es que la instrumentación utilizada para apoyar el sistema de medición del tanque y el sistema de prevención de sobrellenado debe utilizar tecnologías diferentes, lo que se denomina separación diversa. Sin embargo, la norma de seguridad global IEC 61511 de la Comisión Electrotécnica Internacional confirma que es legítimo utilizar la misma tecnología, conocida como separación idéntica.

El consenso actual es que la separación diversa introduce una complejidad adicional y aumenta la probabilidad de error humano, ya que requiere que el personal esté capacitado para instalar, configurar y probar dos tecnologías diferentes en lugar de una. Un estudio del ARC Advisory Group en 2015 reveló que el 42% de las paradas no programadas de las plantas en la industria de procesos se debían a errores de los operarios, y está ampliamente aceptado que más del 50% de los incidentes de seguridad de la industria de procesos se producen durante estados transitorios como las paradas. Por lo tanto, la racionalización de las operaciones es vital para prevenir incidentes de seguridad y optimizar el rendimiento de las terminales. El uso de una sola tecnología simplifica el mantenimiento y reduce las necesidades de piezas de repuesto.

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Tecnología 2 en 1

Aunque las nuevas instalaciones pueden utilizar legítimamente medidores de nivel por radar tanto en el sistema de medición del tanque como en el sistema de prevención de sobrellenado, algunos tanques tienen limitaciones prácticas que hacen que las actualizaciones con dos medidores de nivel separados sean prohibitivas desde el punto de vista de los costos. Por ejemplo, es posible que no haya una abertura adicional en el tanque, y las modificaciones necesarias implicarían poner el tanque fuera de servicio.

Este problema se resuelve con el medidor de nivel radar 2 en 1 Rosemount 5900S de Emerson, que consta de dos unidades eléctricas independientes y una antena común. Cuando se conecta con sus cables separados en diferentes bandejas de cables y con fuentes de alimentación separadas, se puede utilizar un único medidor de nivel tanto para medir el tanque como para prevenir el sobrellenado por separado, por lo que sólo se requiere una única apertura del tanque y una mínima o nula modificación del mismo. Exida, un evaluador externo, ha verificado que el dispositivo cumple los requisitos de la norma IEC 61511 para ser utilizado simultáneamente como sensor de medición de depósitos y como sensor de prevención de sobrellenado.

Pruebas

Los medidores de nivel utilizados en un SIS deben someterse a pruebas periódicas para garantizar su correcto funcionamiento. Tradicionalmente, estas pruebas han sido realizadas por técnicos en el campo y verificadas por un trabajador en la sala de control. Este método, que consume mucho tiempo, puede implicar que los trabajadores tengan que subir a los tanques para acceder a los instrumentos, poniendo en riesgo su seguridad. Sin embargo, el Rosemount 5900S dispone de una funcionalidad que permite realizar las pruebas a distancia desde la sala de control, con lo que el procedimiento es más seguro, rápido y eficaz.

Terminal de Gasum LNG

Un buen ejemplo de la fiabilidad de la tecnología se encuentra en la terminal de GNL de Gasum en Lysekil, Suecia.

Gasum es el mayor distribuidor de GNL de los países nórdicos, y sus instalaciones de Lysekil se utilizan para el almacenamiento y la distribución de GNL para los procesos de producción de las industrias cercanas. La terminal cuenta con un tanque de hormigón de 42 m de altura, sobre el suelo, con una capacidad de 30.000 m3. La mayor parte del GNL procede de la planta de licuefacción de Gasum, en Noruega, y se transporta con los propios buques de la empresa, que también se utilizan para el trasvase de barco a barco. El producto licuado también se distribuye mediante remolques propiedad de la empresa. El producto gasificado se distribuye a una refinería vecina a través de un oleoducto. Si la refinería tuviera que cerrar porque su suministro de energía se detuviera, el costo sería de varios millones de dólares. Por tanto, es fundamental mantener un suministro energético ininterrumpido.

La tecnología de radar es la opción preferida por Gasum para medir el nivel porque requiere un mantenimiento mínimo. El tanque utiliza tres medidores de nivel por radar Rosemount 5900S con una antena específica para GNL, adecuada para temperaturas criogénicas. La aplicación está configurada de forma que requiere alarmas de al menos dos de los tres medidores para detener el proceso, evitando así una falsa alarma que podría interrumpir la producción y afectar a la rentabilidad. Además, tener tres medidores significa que siempre hay un dispositivo de repuesto en uso.

“No corremos ningún riesgo. Parar el funcionamiento no es una opción, así que utilizamos el principio de dos de tres por motivos de seguridad y mantenimiento", afirma el director de la terminal, Benny Johansson.

Desde que instalaron la solución basada en el radar, Gasum está encantada con su precisión y fiabilidad. No se han producido paradas no planificadas, ni necesidades de mantenimiento que impliquen tener que abrir el tanque criogénico, y el hecho de poder probar los medidores de nivel a distancia desde la sala de control ha hecho que el procedimiento sea más rápido y seguro.

Conclusión

La preocupación de que los indicadores de nivel por radar no funcionen bien en aplicaciones de gas licuado es infundada. De hecho, los medidores de radar modernos ofrecen importantes ventajas en comparación con la tecnología servo más antigua y menos sofisticada. Una potente señal de radar garantiza una medición precisa y fiable, mientras que la ausencia de piezas mecánicas móviles hace que el dispositivo prácticamente no necesite mantenimiento. Dado que la diversificación de la tecnología no es un requisito de la norma de seguridad mundial pertinente, los medidores de radar pueden utilizarse legítimamente tanto para medir los depósitos como para los sistemas de prevención de sobrellenado. El innovador diseño del medidor de nivel por radar 2 en 1 Rosemount 5900S permite lograr esto en un solo dispositivo, minimizando o incluso eliminando la necesidad de modificar los tanques. Como se ha visto en la Terminal de Gasum LNG en Lysekil, Suecia, estos dispositivos están proporcionando a los operadores una solución de medición de nivel segura y exitosa.