Contenido 1.
............................................................................................................................... .............................................................................. ........... 4 Tema ............................................................
2.
................................................................................................................................... ................................................................... 4 Objetivos ................................................................
2.1.
............................................................................................................... ............................................ 4 Objetivo general ...................................................................
2.2.
........................................................................................................ 4 Objetivos específicos .........................................................................................................
3.
........................................................................................................... 4 Descripción del proceso ............................................................................................................
4.
............................................................................................................... ............................................ 5 Diagrama de Bloques ...................................................................
5.
Diseño o adaptación de un sistema de control ....................................................................... 5
6.
6.
5.1.
................................................................................................... 5 Consideraciones Básicas ....................................................................................................
5.2.
....................................................................................... ........... 6 Sistema de Control del Proceso ............................................................................
Diseño del diagrama PFD ........................................................................................................ 7 6.1.
..................................................................... 7 Simbologia para Diagramas de flujo PFD ......................................................................
6.2.
........................................................................... 8 Diagrama de Flujo de Procesos (PFD) ............................................................................
6.3.
.................................................................................................................. ........... 8 Diagrama PFD .......................................................................................................
.................................................................................................... ........................................... 10 Diseño del diagrama P&ID .........................................................
6.1.
Simbologia para los Diagramas de flujo P&ID ............................................................. 10
6.2.
.................................................................................................................... 12 Tag number .....................................................................................................................
6.3.
........................................................................................ ............................... 12 Explicacion de los diagramas .........................................................
6.3.1.
P&id filtros de ingreso ........................................................................................... 12
6.3.2.
P&id sistema de filtros ........................................................................................... 12
6.3.3.
.............................................................................................. ................................ 13 Bombas de Descarga ..............................................................
6.3.4.
Separador Bifásico ................................................................................................... 13
6.3.5.
P&ID Bombas Alimentación de Crudo .................................................................... 13
6.3.6.
P&ID Bombas de Descarga de Agua(Separador centrifugo) .................................. 14
7.
........................................................................................................................... ..................................................... 21 Conclusiones ......................................................................
8.
.................................................................................................................... ...................................................... 21 Recomendaciones..............................................................
9.
............................................................................................................................. ................................................................. 21 Bibliografía ............................................................
Ilustraciones Ilustración 1Diagrama de bloques......................................................... ...................................................................................................... ............................................. 5 Ilustración 2Diagrama 2 Diagrama de control .......................................................... ....................................................................................................... ............................................. 6 ............................................................................................................... 9 Ilustración 3Diagrama PFD ................................................................................................................ Ilustración 4P&id filtros de ingreso .............................................................................. .................................................................................................. .................... 15 Ilustración 5P&id sistema de filtros ................................................................................................. 16
Ilustración 6Bombas de Descarga .................................................................................................... 17 ....................................................................................................... ........................................... 18 Ilustración 7Separador Bifásico ............................................................ Ilustración 8P&ID Bombas Alimentación de Crudo .................................................................... .......................................................................... ...... 19 2
Ilustración 9P&ID Bombas de Descarga de Agua(S eparador centrifugo) ........................................ 20
Tablas Tabla 1Simbología para Diagramas de flujo PFD ................................................................................ 8 Tabla 2Diagrama de Flujo de Procesos (PFD) ..................................................................................... 8 Tabla 3Simbologia para los Diagramas de flujo P&ID ...................................................................... 11
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1. Tema: Diseño y descripción de diagramas PFD y P&ID de
una planta de recepción de crudo.
2. Objetivos 2.1. Objetivo general
Descripción completa de un diagrama P&ID, y PFD 2.2. Objetivos específicos
Selección de una aplicación y descripción del proceso a realizar. Realizar la descripción mediante un diagrama PFD de la planta a analizar. Obtener la capacidad de interpretación de un diagrama P&ID en su totalidad.
3. Descripción del proceso
El presente trabajo consiste en el analisis y descripcion del sistema de recepción y deshidratación de crudo. El tratamiento y procesamiento de crudo inicia con la recolección de petróleo de los diferentes pozos, toda producción diaria es llevada mediante tanqueros a Ia planta procesadora de crudo. El sistema tiene como función separar agua de crudo únicamente bajo Ia acción de Ia gravedad, Ia misma que por diferencias de densidades logra decantar sólidos y separar de emulsiones de crudo en agua en una gran parte. En un inicio el crudo es enviado a un sistema de filtros donde el objetivo es atrapar la mayor cantidad de solidos y residuos, luego se envia a un tre de filtros donde se retienen las particulas que no pudieron ser retiradas en un inicio. Después del sitema de filtrado el crudo pasa a la etapa de bombas de descarga, las cuales se encargan de transportar el crudo ya sea al separador bifasico o directamente a fiscalizacion. Posteriormente crudo es enviado al separador bifásico donde se inicia la etapa de separación del crudo del agua, terminado este proceso, el petróleo es transaladado a las bombas de alimentación, necesarias para llegar a la etapa del separador centrífugo, el cual toma las corrientes de crudo procedentes del separador bifàsico, realiza la separación de petróleo, agua y arena de formación. El petróleo deshidratado es descargado con presión a traves de un rodete, llegando a los tanques de suegencia. El agua de formación se descarga mediante un diafragma y es llevada a las piscinas de sedimentacion, asi como el arena separada es recolectada en la cámara de sólidos.
4
4. Diagrama de Bloques
Para la realizacion de los diagramas PID, nos enfocaremos solamente en el tratamiento del crudo, dejando de lado, el manejo tanto de agua como de sólidos.
Ilustración 1Diagrama de bloques
5. Diseño o adaptación de un sistema de control
El diseño del sistema de control está orientado a garantizar el correcto funcionamiento del sistema de recepción y deshidratación del petróleo. El diseño de algoritmos que controlarán los diferentes subprocesos y la inclusión de un panel de visualización para dar al operador acceso a todas las variables que intervienen en el proceso para su supervisión y control del mismo son los principales elementos de control que posee el sistema. 5.1. Consideraciones Básicas
La filosofía de operación y control está orientada a obtener los siguientes resultados:
Un mínimo costo operativo y de mantenimiento y máxima eficiencia en la deshidratación de crudo y separación de sólidos, es decir, máxima efectividad en La producción de petróleo bajo especificaciones del contenido de agua y de sólidos. Facilidad de operación y flexibilidad operativa para el personal encargado de la planta. Un crudo de la mejor densidad API posible para la venta. Entregar agua de producción bajo especificaciones del contenido de aceite residual para su reinyección. Un manejo óptimo de las instalaciones de tratamiento minimizando los sedimentos en los tanques y la frecuencia de mantenimiento y limpieza de los equipos y tuberías.
EI sistema automático de control y supervisión es personalizado de acuerdo a los requerimientos del proceso y del cliente, no obstante, el equipo dispondrá de los siguientes dispositivos básicos:
5
Un sistema de control con memoria programable (PLC) para asegurar el control automático y la supervisión del separador centrífugo y bifásico además de todos sus componentes. Sensores por alta vibración La protección del motor y control de arranque se realiza mediante el variador de frecuencia. La descarga de petróleo y agua de formación del tambor se regula con un control de tiempo. La centrífuga debe operar con todos los módulos disponibles para el control y mando de las válvulas, incluyendo los sistemas secundarios disponibles. El separador centrífugo debe tener instaladas todas las luces de alarma y elementos de protección para una operación segura y confiable. 5.2. Sistema de Control del Proceso
El sistema de control de la planta está básicamente gobernada por controladores lógicos programables (PLC) y computadores para el interfaz humano máquina. Todo el control se realiza mediante programación de estos dispositvos.
Ilustración 2Diagrama de control
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6. Diseño del diagrama PFD 6.1. Simbologia para Diagramas de flujo PFD
BOMBAS
EQUIPOS DE PROCESO INTERCAMBIADORES DE CALOR
Bomba centrifuga
Intercambiador de calor
Bomba de doble diafragma(Neumatica) RECIPIENTES/SEPARADORES/TANQUES
Recipiente horizontal
Tanque slug catcher
Separador de placas coalescentes
Piscina de tratamiento de solidos
Separador centrifugo
Piscina de tratamiento de líquidos
Separador ciclónico
Tanque de techo cónico
INSTRUMENTOS Y VALVULAS
Válvula
Válvula motorizada
Válvula de control
Brida
SDV
Filtro
Medidor de filtro INFORMACION
Corriente
Notas de revisión LINEAS DE PROCESO
Línea principal de proceso Línea de proceso secundario Flecha de dirección de flujo Ingreso de producto
Línea brindada Final de línea en brida Final de línea en CAP
7
CODIGO DE EQUIPOS
A
E F
Separador Centrifugo Piscina de Sedimentacion Intercambiador Filtro
M
Motor Electrico
API
P
Bomba
T
Tanque
U V
Separador Ciclónico Recipiente Presión/Acumulador
Tabla 1Simbología para Diagramas de flujo PFD
6.2. Diagrama de Flujo de Procesos (PFD) Elementos Del Sistema
F-002 V-101 E-101 T-101 A-101 P-101A/B P-102A/B API-001 API-002
Sistema de filtro Separador Bi-Fàsico Intercambiador de Calor Tanque de Surgencia Separador Centrifugo Bomba de Crudo Bombas de Agua Piscina API Piscina API Colores
Café Celeste Negro
Línea de crudo Línea de agua Línea de solidos Tabla 2Diagrama de Flujo de Procesos (PFD)
6.3. Diagrama PFD
8
Ilustración 3Diagrama PFD
9
6. Diseño del diagrama P&ID
Debido a la estensión del proceso del tratamiento del crudo, nos hemos visto en la necesidad de realizar los diagramas PID de forma separada. Es decir se realizará un diagrama PID por cada lazo de control que existe en dicho proceso, Especificacando las entradas y salidas de cada diagrama. 6.1. Simbologia para los Diagramas de flujo P&ID SIMBOLOS EN GENERAL
Campo(Accesible al operador )
En tablero(Accesible al operador)
Función computadora
Control lógico programable
Display y control
LINEAS DE SERVICIO E IDENTIFICACION
Crudo Gas Diesel Línea electica Línea de datos Display en SCADA
Proceso secundario Drenaje Línea neumática Línea hidráulica Servicio de aire Instrumento de comunicación conjunta
ELEMENTOS VARIOS
Alarma central
Nodo de flujo
Flecha de flujo
Filtro
10
No accesible al operador
Bomba
Separador bifásico
Bomba de agua
Tanque
Separador centrifugo
VALVULAS
ACTUADORES
Tabla 3Simbologia para los Diagramas de flujo P&ID
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TERMINACIONES
6.2. Tag number FE:Elemento primario de flujo FIR:Indicador registrador de flujo FIT:Indicador controlador de temperatura FSM:Interruptor medidor de flujo FSV:Valvula de seguridad de flujo (valvula check) FV:Valvula de flujo HS:Interruptor manual LCV:Valvula de control de nivel autoregulada LIT:Indicador transmisor de nivel LSL:Interruptor de bajo nivel PAL:Alarma de baja presión PDAH:Alarma de alta presion diferencial PDI:Indicador de presion diferencial PDSH:Interruptor de aalta presion diferencial. PI:Indicador de presion PIT:Indicador transmisor de presión PSV:Válvula de seguridad de presión PT:Transmisor de presion SDY:Conversor diferencial de velocidad SOV:Válvula operada por selenoide TAH:Alarma de alta temperatura TE:Sensor de temperatura TI:Indicador de temperatura TIT: Indicador transmisor de temperatura VAH:Alarma de alta vibracion VSH:Interruptor de vibracion alta YIC:PLC controlador indicador
6.3. Explicacion de los diagramas 6.3.1. P&id filtros de ingreso
Con los filtros de ingreso se inicia el proceso , conectándose desde los tanqueros de descarga. Estos filtros tienen Ia función de atrapar en su interior Ia mayor cantidad de sólidos y residuos que pudieran extraerse de los tanqueros, determinando en los lazos de control 1001. Para su correcto funcionamiento se determina dos filtros A y B. Inicialmente se bombea agua para su limpieza, la cual pasa al el filtro A y B, siempre y cuando la valvula de control de nivel autorregulada este abierta. El crudo a su vez pasa a los filtros, teniendo encuenta un indicador de presion, un indicador de presion diferencial y es activado por un interruptor de alta presion, la cual se activa por una señal electrica, enviada por un PLC, el resultante del crudo es transportada a una segunda etapa denominada sistemas de filtros. Cada uno de los filtros posee valvulas de pruga, por donde se drena el agua y los desechos, los mismos que son enviados a una siguiente etapa denominada drenaje de bombas.
6.3.2.
P&id sistema de filtros
Después de los filtros de ingreso correspondiente al lazo de control 1001, el crudo y agua aún con sólidos pasan por un sistema de filtros o también conocido como tren de filtros, correspondientes 12
al lazo de control 1002. Este tren de filtros al igual que los anteriores constará de una placa que retienen las partículas que no pudieron ser retenidas en los primeros filtros, para evitar el paso de impurezas en el sistema. En caso de que llegase a taponarse consta con un sistema de alarma que está conformado por un switch de presión diferencial que emitirá una alarma en caso de estar taponado, esta será activada mediante un PLC de control. Este tren de filtros consta con un conjunto de bypass, compuesto por 6 filtros, uno estará en funcionamiento mientras el otro estará en continuo mantenimiento por la cantidad retenida de sólidos.
6.3.3.
Bombas de Descarga
Las bombas de Descarga son las encargadas de transportar el crudo hacia el separador bifásico. Este sistema al igual que los anteriores tiene una bomba principal y una backup en caso de mantenimiento o algún suceso que interrumpiera con el nominal funcionamiento del sistema. Estas bombas son neumáticas, y constarán con contadores de revoluciones para que puedan ser monitoreadas a lo largo de su desempeño. En la línea de salida de las bombas existirá un analizador porcentaje de agua más conocido como BSW (contenido de agua libre y sedimentos en el petróleo crudo), y con un transmisor de flujo para poder conocer la cantidad de crudo que estará entregando cada tanquero Estos valores podrán ser monitoreados a través del sistema de control a ser implantado. Una vez el crudo pase por esta etapa se direccionará hacia el separador bifásico. 6.3.4.
Separador Bifásico
EI separador bifásico tendrá varias entradas de las diferentes etapas del proceso, las mismas que por facilidad de operación se direccionarán a la entrada del separador bifásico. Entre las entradas se tendrán las siguientes:
Bombas de Recuperación de Crudo Bombas de Descarga Separador centrífugo
De todas estas entradas pasa al compartimento 1, donde entrada crudo con agua e inicia la etapa de separación. Dentro de este tanque constará con placas donde el fluido choca ayuda a la separación del crudo con el agua. En la parte más baja del separador existirá una especie de bota, la misma que tendrá la función de recolectar toda el agua proveniente de la separación. Para el control de nivel tanto de crudo, agua y emulsión existirán instrumentos que nos indiquen los niveles de los mismos para controlar las válvulas de circulación de crudo. El crudo separado del agua por diferencia de densidades pasará hacia el compartimento 2 donde de manera simular constará de varios instrumentos para el control y monitoreo del proceso. Este separador constará de una toma muestras a diferentes alturas para poder realizar pruebas del petróleo obtenido de esta separación. AI igual que las entradas el separador poseerá varias salidas:
6.3.5.
Bombas de Descarga de Agua Bombas de Alimentación de Crudo Drenaje hacia Sumidero P&ID Bombas Alimentación de Crudo
En estas bombas al igual que los planos anteriores consta de dos entradas:
13
Crudo desde Tanque de Surgencia Crudo desde el Separador Bifásico
Estas bombas tendrán la función de llevar el crudo hacia el separador centrífugo, en caso de que el Tanque de Surgencia se encontrase lleno existirá una recirculación de crudo manteniendo seguro y estable el proceso, caso contrario el crudo del Separador Bifásico será transportado por estas bombas de igual manera al separador centrífugo. Estas bombas serán eléctricas y tendrán el sistema de realimentación. Además constará con una línea adicional que conducirán los desechos y residuos hacia el drenaje y posteriormente al sumidero que será donde reposarán los residuos menores para posteriormente pasar a la piscina de lodos. 6.3.6.
P&ID Bombas de Descarga de Agua(Separador centrifugo)
El separador centrífugo es un equipo modular que tiene varias entradas como son:
Bomba de Agua de Utilidades Bombas de Alimentación de Crudo PBA-6003 A/B Línea de Diesel.
La línea de entrada bomba de agua de utilidades tiene la función de limpiar el sistema interno de la centrífuga. Su sistema consta de un tanque de almacenamiento de agua temporal, este tanque siempre tiene que ser repuesto por lo que las bombas de utilidades tienen esa función. La segunda línea de entrada es la línea de entrada, esta línea consta de un pequeño sistema de filtros en caso de taponamiento por cualquier situación. Es importante tener un control del crudo que ingresa y sale al equipo centrífugo de tal manera que se ha incorporado un contador de flujo, así como también tiene la función de grabar y registrar estos valores. Dentro de la centrífuga tiene un sistema de control de lodos, resultado de la separación de la centrífuga, así como también tiene una bomba que desalojo dichos residuos y los traslada a la piscina de lodos Las salidas que tendrá este equipo son las siguientes:
Línea hacia separador bifásico (14, a plano 4) Tanque de Surgencia ABJ-202 (Plano 8) Línea a Piscina de lodos
La primera salida es únicamente para recirculación en caso de incremento de producción, sin embargo, el diseño de los equipos deberá ser mayor al caudal máximo registrado. La segunda línea de salida es hacia el tanque de Surgencia previo a su almacenamiento. Finalmente la tercera línea es el resultado del agua que ingresa al equipo para su lavado, así como también de los residuos y lodos que se generar al entrar a la centrífuga.
6.3.7.
Diagramas P&ID
14
Ilustración 4P&id filtros de ingreso
15
Ilustración 5P&id sistema de filtros
16
Ilustración 6Bombas de Descarga
17
Ilustración 7Separador Bifásico
18
Ilustración 8P&ID Bombas Alimentación de Crudo
19
Ilustración 9P&ID Separador centrifugo
20
7. Conclusiones
Los P&ID desempeñan un papel importante en el mantenimiento y modificación del proceso que describe. Es fundamental para demostrar la secuencia física de los equipos y sistemas, así como su conexión. Durante la etapa de diseño, el esquema también proporciona la base para el desarrollo de sistemas de control permitiendo aumentar la seguridad operacional y las investigaciones. Los P&ID en la industria de procesos, son un conjunto estándar de símbolos que se utilizan para preparar los dibujos de los procesos. El instrumento de símbolos utilizados en estos dibujos se basa generalmente en Sistemas de Instrumentación y Automatización de la sociedad (ISA) Norma S5.1 El P&ID es la última etapa del proceso de diseño básico y sirve como guía para los responsables del diseño final y la construcción de la planta.
8. Recomendaciones
Para Diagramas P&ID extensos, se recomienda realizarlos por separado de acuerdo a los lazos de control que posean, indicando las entradas y salidas que tendrán cada una de sus partes. Se debe colocar colores a cada línea del diagrama indicando que tipo de flujo se transportara cuando se tiene elementos de la misma naturaleza. Se recomienda la utilización de Autodesk P&ID ya que es un software creado específicamente para el diseño de dichos diagramas.
9. Bibliografía
[1] A. Creus, Instrumentacion Industrial, Octava
ed., AlfaOmega, 2013.
[2] «Wikipedia,» [En línea]. Available:
http://es.wikipedia.org/wiki/Piping_and_instrumentation_diagram. [Último acceso: 30 11 2014]. [3] D. Gualavisi, «Diseño del sistema de control y
nuevo proceso de recoleccion y
deshidratacion de crudo,» Quito, 2012. [4] P. Especifico, «Simboligia y Diagramas de Instrumentacion,» [En línea].
Available: http://planespecifico.blogspot.com/2011/07/simbologia-y-diagramas-de.html. [Último acceso: 23 11 2014].
21
