Validación de Tecnologías Aplicables para la Industria Petrolera de México mediante una Sinergia CIATEQ + EMPRESA
Por: Diego Nelson Moncada Benavides / CIATEQ, A.C. / nmoncada@ciaterq.mx“>nmoncada@ciaterq.mx
El uso de medidores tipo cono en la industria petrolera es cada vez más amplio debido a su versatilidad y sencillez. Sin embargo, no ha sido posible establecer una evaluación de la conformidad normativa, pues son las recomendaciones del fabricante la referencia actual para la instalación y operación de estos medidores, ya que la norma ISO 5167 solo cubre los lineamientos para los medidores de presión diferencial como Placa de orificio, Venturi y Tobera.
Esa situación ha llevado a varios investigadores y tecnólogos a realizar pruebas para caracterizar el desempeño del medidor ante distintos arreglos de instalación aguas arriba y aguas abajo del mismo e incluso su calibración. CIATEQ A.C cuenta con la infraestructura necesaria para realizar una serie de pruebas experimentales y determinar el comportamiento del medidor tipo cono.
Por otro lado, DP Diagnostics desarrolló una metodología (denominada Prognosis) para diagnosticar en tiempo real el desempeño de los Medidores de Flujo de Presión Diferencial. Mediante este sistema es posible monitorear y determinar las posibles fallas presentadas en sistemas de medición basados en el principio de diferencial de presión. El arreglo mecánico consiste en adecuar un sistema de monitoreo de las presiones (diferencial tradicional Pt y estática) tanto para aguas arriba como para aguas abajo y con esto determinar la perdida de presión permanente (Pppl), así como la recuperación ((Pr)) de la misma.
Figura 1 medidor tipo cono con instrumentación y gráfico de la fluctuación de presión.
Como resultado de la recopilación de la información de los transmisores de presión diferencial instalados, el procesamiento de la información capturada o cargada en el sistema de acuerdo a ISO 5167, es posible diagnosticar que tan bien el sistema de medición está midiendo mostrándole al usuario u operador de una forma sencilla este hecho. La manera de hacerlo es por medio de un cuadro normalizado en donde los puntos de la interrelación de las señales de los transmisores de presión diferencial se localizan. Si todos los puntos están dentro del cuadro, este se torna verde y es señal de que el sistema está midiendo bien. Si, por el contrario, uno o más de esos puntos caen fuera del cuadro, este se torna de color rojo indicando que algo en el sistema no funciona correctamente. La posición de los puntos permite también inferir cual pudiese ser la razón por la cual el sistema no está midiendo bien. Cabe señalar que para llegar a esta sencilla interface con el usuario, Prognosis lleva a cabo un procesamiento iterativo complejo considerando metodologías y normatividad en medición de flujo.
Con ayuda de Prognosis, y aprovechando su laboratorio secundario de flujo, CIATEQ llevo a cabo una serie de pruebas las cuales consistían en generar malfunciones y verificar el desempeño del medidor tipo cono ante las mismas. Para este fin se utilizó un patrón volumétrico másico para verificar cual era la desviación en la medición (se escogió en este caso el coeficiente de descarga como parámetro de comparación). La siguiente tabla lista las pruebas realizadas, así como las condiciones y puntos de prueba de la misma.
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SITUACIONES DE MALFUNCIONES DE OPERACIÓN |
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SITUACIÓN DE PRUEBA |
CONDICIÓN |
PUNTOS DE PRUEBA |
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1.- Captura incorrecta del valor del Diámetro de Tubo en el cálculo de flujo. Valor verdadero: Vv |
D: ALTO respecto al Vv D: BAJO respecto al Vv |
BAJO, MEDIO, ALTO |
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2.- Captura incorrecta del valor del Diámetro del cono en el cálculo de flujo. Valor verdadero: Vv |
d: ALTO respecto al Vv d: BAJO respecto al Vv |
BAJO, MEDIO, ALTO |
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3.- Captura incorrecta del valor del Cd en el cálculo de flujo. Valor verdadero: Vv |
Cd: ALTO respecto al Vv Cd: BAJO respecto al Vv |
BAJO, MEDIO, ALTO |
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4.- Fuga entre puertos de presión del manifold de 5 vías del DP tradicional (ΔPTr). |
Abrir bypass (ecualizador) del manifold |
BAJO, MEDIO, ALTO |
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5.- Fuga entre puertos de presión del manifold de 5 vías del DP Recuperado (ΔPr). |
Abrir bypass (ecualizador) del manifold |
BAJO, MEDIO, ALTO |
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6.- Bloqueo parcial del área de la garganta del medidor de flujo. |
Obturar el área de la garganta sin dañar la integridad del cono. |
BAJO, MEDIO. |
Los datos obtenidos por parte de Prognosis muestran también la desviación en la medición para las diferentes condiciones o malfunciones indicadas. Esto permite también validar el uso de esta tecnología para el diagnóstico en línea de sistemas de medición, lo cual puede ser de gran utilidad en el cumplimiento de los Lineamientos de Medición de la Comisión Nacional de Hidrocarburos.
La siguiente figura indica el resultado que muestra Prognosis cuando en el sistema se genera una obstrucción en la tubería (placa tipo media luna). Es evidente que la esta herramienta permitió detectar esa alteración. Se dispone de los resultados para todas las pruebas realizadas, pero por cuestiones de espacio no se incluyen en este documento.
Los resultados se obtuvieron también en forma de desviación del parámetro de medición denominado Coeficiente de Descarga (CD). La grafica siguiente muestra el comportamiento para varios de los casos analizados:
En conclusión, la herramienta de diagnóstico en línea denominada Prognosis detecto de forma precisa las malfunciones y desviaciones generadas a propósito con el objeto de evaluar la fiabilidad de dicha herramienta. Esto se pudo constatar, lo cual abre las puertas para el diagnóstico en línea y los correspondientes beneficios en la mejora de la operación, reducción de fallas y programación de mantenimientos.
Con el objeto de verificar el desempeño del medidor a condiciones de alta perturbación, fue posible obtener perfiles de flujo alterados similares a los que se generarían por la presencia de dos codos en diferente plano. Esto mediante el diseño propio de un perturbador de flujo cuyas características fueron verificadas a nivel simulación. Esta alternativa se torna viable cuando por razones de logística, infraestructura y costo no sea posible realizar las pruebas físicamente con dos codos en diferente plano.
Finalmente, la vinculación academia (Centro Publico de Investigación; CIATEQ en este caso) con empresa (DP Diagnostics) para validar una tecnología con altas probabilidades de ir al mercado petrolero es una estrategia que promueve la solución y atención de necesidades de compañías y que fortalece el crecimiento innovador de este tipo de iniciativas.
ACERCA DEL AUTOR
Diego Nelson Moncada es Ingeniero Mecánico de la Universidad Nacional de Colombia con especialización en automatización de procesos industriales de la universidad de los andes, maestría en comercialización de Ciencia y Tecnología del CIMAV – Universidad de Texas y Maestría en Ingeniería especialidad diseño mecánico del PICYT.
Está a cargo de la gerencia de medición multifaria perteneciente a la Dirección de Sistemas de Medición en CIATEQ, A.C. Ha participado y liderado proyectos relacionados con la evaluación de sistemas de medición, y diseño y desarrollo de sistemas de medición, así como la fabricación de sistemas de medición para cliente como Pemex en varias de sus subsidiarias, ASA, CFE, nitrógeno Cantarell, Transcanada, gas natural industrial, ENAP en la Patagonia Chilena, etc.
Es autor de artículos relacionados publicados y/o presentados en foros como las jornadas de medición de la asociación de ingenieros petroleros de México, la revista de la ingenieros químicos de México, jornadas de medición del instituto argentino del gas y del petróleo, international symposium on fluid flow measurement, international north sea flow measurement workshop, americas flow measurement conference, jornadas de metrología del CENAM, seminario avanzado de medición de flujo de fluidos, entre otros. Es participe en el desarrollo de sistemas de medición y software de cálculo de flujo asociado para turbosina cuyos derechos de autor y patente están en trámite. Actualmente está en trámite la patente por un acondicionador de flujo hibrido desarrollado. Es asesor también de varias tesis de licenciatura y maestría en temas de medición de flujo de fluidos.
