FABRICACIÓN DE PILOTOS Y SISTEMAS DE IGNICIÓN CON CONTROLES

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Todo pico de antorcha tiene asociado un sistema de ignición y detección de llama en los pilotos. El quemado en antorcha es crítico para evitar los peligros de las sobrepresiones en los equipos de extracción y procesamiento de petróleo, por ese motivo los pilotos deben poderse operar sin interrupción durante varios años (que transcurren entre los paros de planta para mantenimiento planificado), ser monitoreados continuamente, y tener un sistema de ignición eficaz. El sistema de ignición se emplea para encender los pilotos y el monitoreo permite verificar en todo momento el estado (encendido/apagado) de la llama.

El piloto es un quemador de pequeño tamaño y robusta construcción, diseñado para proveer una llama estable que encienda el gas residual que sale por el extremo de la antorcha. Cualquiera sea el diseño, en general se puede categorizar según la manera en la que se consigue la premezcla entre el gas combustible y el aire, como

• “de aire comprimido” o

• “auto-aspirante” (self-inspirated).

Ambos tipos presentan tres componentes principales: un orificio para dosificar el combustible, un mezclador en el que se mezclan el aire y el combustible, y el quemador del piloto, que es donde se estabiliza la llama. El mezclador y el quemador se conectan mediante una tubería.
La diferencia entre los pilotos auto-aspirantes y los de aire comprimido es el diseño del mezclador. En un piloto auto-aspirante el mezclador es un venturi, y el orificio no sólo se usa para dosificar, sino para crear un chorro de combustible, que aspira aire hacia el venturi. Este es el aire que entonces se mezcla con el combustible, la mezcla luego fluye hacia el quemador, en donde es encendida la llama piloto. Los pilotos auto-aspirantes eliminan la dependencia de un servicio de aire comprimido, que no siempre está disponible.

Para encender la llama piloto en el quemador, que a su vez enciende la llama abierta en el extremo de la antorcha, se requiere un sistema de ignición. Esta se puede conseguir mediante llama o chispa. Los sistemas más comunes son:

• Encendido electrónico (chispa en el quemador del piloto)
En este sistema se emplea un electrodo de alta energía para generar una chispa. El dispositivo generador debe estar cerca del quemador, para que la chispa quede en contacto con la mezcla inflamable que sale del mismo y así se encienda la llama piloto.
La principal desventaja de este sistema es que la continua exposición del dispositivo generador a la llama del piloto y la antorcha disminuye su vida útil, pero no puede ser reemplazado con la antorcha en funcionamiento, e idealmente este es ininterrumpido durante varios años. Por ello, este sistema de encendido no se recomienda como única medida de ignición del piloto. Los picos de antorcha suelen contar con al menos un piloto de encendido por frente de llama como opción de respaldo.

• Encendido por frente de llama (Flame Front Generator)
En este sistema se emplean aire (que puede ser comprimido o auto-aspirado) y gas combustible, introducidos en una cámara de mezcla a nivel del suelo mediante válvulas de control. El ignitor (dispositivo generador de chispa) se ubica en una cámara de combustión aguas abajo de la cámara de mezcla. El generador del frente de llama y el quemador del piloto se conectan mediante una línea, la cual se purga para introducir la mezcla aire+combustible, que por efecto de la ignición produce una bola de fuego (fire-ball). Esta viaja por el conducto hacia el quemador (por eso también recibe el nombre de “llama viajera”) y enciende la llama piloto.
La principal ventaja de este sistema es que los controles de flujo de aire y gas y el generador de chispa están a nivel del suelo, y pueden ser revisados mientras la antorcha está en funcionamiento.

Como los picos de antorcha se instalan a gran altitud, resultan inaccesibles mientras están en funcionamiento. Por ello, se requiere un sistema de monitoreo específico para verificar el estado de la llama piloto. El circuito de retroalimentación de este sistema se emplea para hacer sonar alarmas, usualmente en los siguientes casos: apagado de llama piloto, apagado de llama principal y fallo de reencendido (la ignición no funciona correctamente). Además, se puede emplear para iniciar la secuencia de reencendido de un sistema de ignición automático. El método de detección de llama más común, y frecuentemente asociado con los pilotos encendidos por generador de frente de llama y por electrodo de alta energía, es el de medición de temperatura con termocupla. El piloto se considera encendido cuando se alcanza el set-point de la termocupla. Para que este monitoreo sea fiable es fundamental proteger adecuadamente la termocupla montada en el quemador del piloto.

Las fotos que ilustran este post corresponden a un pico de antorcha con bastidor de encendido por frente de llama y monitoreo de llama por termocupla.