Atmos - Manual de Entrenamiento en Detección de Fugas en Ductos

Sistemas de detección de fugas

Sis iste tema mas s de dete detecc cció ión n de fu fuga gas s Manual de curso

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Tabla Ta bla de con contenido tenidos s Info rmaci rm ación ón general de si stem as de d etecci ón de fu gas ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ 5 Introducción

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¿Por qué se necesita sistemas de detección de fugas?.................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. ..............5 .....5

Daño a las personas ........................................................................................................... 5 Daños en el medio ambiente ............................................................................................. 5 Daño a propiedad ............................................................................................................... 5 Daño a la reputación .......................................................................................................... 6 Tipos Tipo s de si stemas st emas de detecc ión ió n de fugas fu gas ................. ....................... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ .. 7 Métodos discretos (métodos externos) .....................................................................................................7

Detecci ón de fugas fu gas bioló bi oló gica gi ca ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ .. 7 Detección de vapor ............................................................................................................ 8 Esf era .................................................................................................................................. 9 Métodos continuos ....................................................................................................................................9

Méto dos do s ext ernos ern os ............................................................................................................... 9 Métodos int ernos (Sistemas com put acionales de mon ito reo en d ucto s) ...... ......... ...... ...... ...... ..... .. 11 Sistemas Basados en Eventos ........................................................................................ 11 Detecci ón de desequil desequ il ibri ib ri o ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ .......... .... 12 Localización de fugas ............................................................................................................................... 16 Tiempo de vuelo ...................................................................................................................................... 16 Factor de fricción ..................................................................................................................................... 16

Sistema multi-método de detección de fugas .............................. Error! Bookmark not defined. Introducción ............................................................................................................................................ 17 El desafío ................................................................................................................................................. 17

El desafío de detecc ió n de ruptu ru ptu ras ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ 17 17 El desafío de detecc ió n de robos ro bos .............. .................... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ .......... .... 18 18 El desafío de detecc ió n de fugas fu gas ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ...... 18 El sistema multi-método de detección de fugas ................... ............................ ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 18

Onda de rarefacci raref acci ón (Atm os Wave) ............... ..................... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........... ..... 19 19 Tecnol ogía d e mon itor it oreo eo de h ermeti ci dad (Hyd rant ) ....... ............. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ......... ... 20 Modelo Model o t rans it orio or io en tiemp t iemp o r eal (Flow Engi ne) ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........... ..... 20 © Copyright Atmos International 2016.


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Análi An áli si s d e model mo delo o din d in ámi co (DMA) ............................................................................... 21 Onda de r arefacció arefacc ión n con c on datos d atos reco pilado pi lado s del SCADA (SCADA Wave) ............ .................. ......... ... 21 Análi An áli si s d if erenci eren ci al de d e presi pr esi ón (PDA) ............................................................................. 22 Detecci ón de ru ptu ras (Rupt ure) ur e) ........ .............. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........... ..... 22 Conclusión ............................................................................................................................................... 22

Comp araci ón de sis s is temas de detecci d etecci ón de f ugas .............. .................... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ .. 24 El desafío de detecc ión ió n de robos ro bos ................ ...................... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ......... ... 27 Introducción ............................................................................................................................................ 27 Atmos Theft Net ...................................................................................................................................... 27 Unidad de Adquisición de datos portable ............................................................................................... 29 Odin ......................................................................................................................................................... 29 Conclusión ............................................................................................................................................... 30

Requis it os de in str umentaci um entaci ón y com unic un ic acio nes ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ......... ... 31 ¿Cómo instrumentar un ducto apropiadamente? .................. ........................... .................. .................. .................. .................. ................... ................... ......... 31 31 Rendimiento de la instrumentación ........................................................................................................ 31 Arquitectura y comunicación .................................................................................................................. 32

Recolección de datos por medio del sistema de control .............................................. 32 Recolección Recolección de datos por medio de equipos de adquisició n de datos p ropietarios... 32 Muestreo ................................................................................................................................................. 33

Recolección de datos por medio del sistema de control .............................................. 33 Recolección Recolección de datos por medio de equipos de adquisició n de datos p ropietarios... 33 Digitalización ........................................................................................................................................... 33 Validación de datos ................................................................................................................................. 33

Revisión del rango ........................................................................................................... 33 Revisió Revis ió n de datos dato s estanc ados ............ .................. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ .......... .... 34 Solución Pipeline Guardian .................................................................................................... 35 Métodos de Detección ............................................................................................................................ 35 Hardware ................................................................................................................................................. 35

Medi ci ón ............................................................................................................................ 36

Medidores de flujo de abrazadera ................................................................................... 36 Sensores de Presión ........................................................................................................ 36 Sensores Sensores Acústic os ......................................................................................................... 36 © Copyright Atmos International 2016.


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Recolecci Recol ecci ón y almacenami alm acenamiento ento de Datos ......... ............... ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ........ .. 36 Comunicación ................................................................................................................... 37

Red 3G VPN ...................................................................................................................... 37 Radios de línea de visión ................................................................................................. 37 TCP/IP................................................................................................................................ 37 Enlace ascendente a satélit satélit e ........................................................................................... 37 Paneles Panel es Solares Sol ares ................................................................................................................ 38 Conclusión ............................................................................................................................................... 39

Ejemplos Prácticos ................................................................................................................. 40 Analizando una alarma de fuga ............................................................................................................... 40

Normativa internacional .......................................................................................................... 43 API 1155 (Evaluat (Eval uatio io n Method Meth odol olog ogy y fo r Softw Sof tw are Based Bas ed Leak Detecti Detec ti on Syst ems . 1ra Edición (Febrero 1995) ..................................................................................................... 43 API 1130 (Compu (Com putat tatio io nal Pip eline eli ne Mon it or in g (CPM) fo r Liq L iq uid ui d Pipel Pi pelin in es) .................. 43 API 1149 (Pipeli (Pip eli ne Vari able abl e Uncert Unc ertain ainti ti es and Their Thei r Ef fects fec ts on Leak Det ect abili abi li ty) ty ) ... 47 API 1175 (Pipeli (Pip eli ne Leak Detecti Detec ti on Progr Pro gr am Managemen Manag ement) t) ........................................... 48 API/AOPL Wh it e Paper Paper 12 (Liqu (Li quid id Pi pelin pel in e Rup Ruptu tu re Recogn Reco gnit it io n and Resp onse, on se, Ago st o 2014) .................................................................................................................................. 50 API RP1168 (Pipel in e Cont ro l Room Ro om Management Managem ent.. 2da Edi ci ón (2015)) ...................... 50 Bibliografía............................................................................................................................... 51

Avi so

Este documento tiene la intención de ser una guía sobre sistemas de detección de fugas, no pretende ser un documento que abarca toda la información existente sobre el tema sino un documento resumen de algunos temas generales. Tecnologías de detección de fugas están siempre mejorando y cambiando, por lo que se sugiere consultar a Atmos en caso de tener preguntas sobre el tema. Confidencialidad

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Inform ación general de sis temas de detección d e fu fugas gas

Introducción La industria de petróleo y gas ha tenido resultados mixtos utilizando métodos computacionales para detectar fugas en ductos. Cada ducto se comporta de manera diferente y el éxito de un método de detección de fugas es función de muchas variables que van desde las expectativas de la compañía que opera el ducto y el compromiso del vendedor hasta la calidad de la solución técnica empleada. Las técnicas utilizadas para detectar fugas utilizando soluciones de software también son muy variadas. A menudo, es difícil para una compañía de ductos determinar la mejor solución para un ducto en particular, tomando en cuenta también la filosofía de operación. Pero el esfuerzo vale la pena, puesto que un buen SDF (sistema de detección de fugas) puede reconocer una fuga temprana y reducir al mínimo las consecuencias de esta en un ducto.

¿Por qué se necesita sistemas de detección de fugas? La mayoría de las empresas se han comprometido compromet ido en su deseo de operar con seguridad, proteger el medio ambiente y la gente alrededor de ellos. De hecho muchos ya han evitado grandes derrames potenciales cuando su sistema de detección de fugas proporcionó una alerta temprana de una fuga en el ducto. Estas empresas han visto que vale la pena el esfuerzo, ya que un buen SDF puede reconocer una fuga temprana y minimizar el daño a las personas, los bienes y la reputación del propietario del ducto.

Daño a las personas Con demasiada frecuencia las noticias reportan accidentes mortales causados por fugas en ductos. En muchos de estos casos se habrían salvado vidas si el ducto hubiera estado equipado con un SDF confiable y sensible, y si el operador hubiera tenido la confianza en el LDS para cerrar el ducto en el momento en el que el SDF alarmó.

Daños en el medio ambiente Los derrames peligrosos inevitablemente dañan el medio ambiente que les rodea. En muchos casos el derrame encuentra rápidamente su camino a una fuente de agua y se extiende ampliamente, causando mucho daño. La limpieza es, inevitablemente, muy costosa.

Daño a propiedad El equipo de ductos es dañado, los edificios y estructuras alrededor del ducto también pueden verse afectados. Esta es la razón por la que los ductos que se encuentran cerca de áreas muy pobladas se clasifican como zonas de alta consecuencia. La necesidad de detección de fugas sensible y confiable en tales áreas es aún más urgente.



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Daño a la reputación Evidentemente, la mala impresión impres ión en los medios debido este tipo de incidentes daña la reputación de la empresa operadora del ducto. Además, Además , los frecuentes accidentes accidente s en ductos han endurecido la determinación de las autoridades estatales y federales para penalizar a los operadores de ductos en caso de fugas en ductos, por medio de tribunales civiles y penales. El derrame del ducto Olympic en 1999, en Bellingham, Washington es un buen ejemplo de todas las consecuencias mencionadas.

Figura 1. Ejemplo de una fuga



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Tipos de sis tema temas s de detecció detecció n de fugas Hay muchos tipos diferentes de sistemas de detección de fugas que se pueden emplear en un ducto para mantener su integridad. Algunos sistemas de detección de fugas operan discretamente, a petición del operador del ducto, mientras que otros funcionan en un modo continuo las 24 horas del día, 7 días a la semana. Los métodos discretos no son muy populares entre los operadores de ductos como un sistema primario de detección de fugas, ya que no detectan la fuga después de su ocurrencia, sino después de que éstos han estado presentes desde hace algún tiempo. Sin embargo, estos métodos se utilizan a menudo como un control secundario para asegurar que no hayan ocurrido fugas por los alrededores del ducto y comprobar que la integridad de la línea se ha mantenido. Los métodos continuos de detección de fugas son más comúnmente comúnm ente utilizados por los operadores operador es de ductos para monitorear el comportamiento y la operación del ducto en el día a día, y de este modo asegurar que el ducto está operando en una condición 'libre de fugas' en todo momento. Aparte de discretos y continuos los métodos de detección de fugas pueden catalogarse en externos e internos. Siendo métodos internos (también llamados métodos computacionales) los basados en mediciones de la instrumentación y comportamiento hidráulico del ducto, mientras que los externos son basados en algún elemento eleme nto externo al ducto como el elemento element o de detección, como por ejemplo un cable de fibra óptica. Los métodos internos son comúnmente más utilizados por su facilidades de instalación y por el hecho de ser posible el analizar los datos para hidráulicamente confirmar los eventos de fuga.

Métodos discretos (métodos externos) Detección de fugas biológica Vegetación dañada, o un brillo aceitoso en el agua son potenciales indicadores de una fuga en un ducto. Los perros pueden ser entrenados para olfatear las fugas en ductos. Cualquier tercero tiene la capacidad de oler una fuga y reportarla. Algunos operadores de ductos requieren "corredores de línea" para desplazarse por el ducto a intervalos específicos en busca de signos de una fuga. Los operadores de ductos submarinos pueden necesitar un barco para viajar sobre el ducto a puntos específicos, buscando un brillo en el agua. Otros sistemas más tecnológicos son los siguientes: Conducción Un operador de campo conduce a lo largo del ducto y observa si hay fugas alrededor del ducto, o daños al entorno de vegetación. Comúnmente se utiliza una cámara de vídeo equipada con tecnología de longitud de onda infrarroja.



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Aviación Un piloto entrenado vuela sobre el ducto a una baja altura para buscar y detectar fugas. Los diferentes tipos de tecnología de monitoreo de sistemas se incorporan a la aeronave para tener la capacidad detectar una fuga. Algunas de estas tecnologías incluyen i ncluyen cámara de video infrarroja, infrarr oja, analizadores de aire, rayo láser, inspección visual de video, entre muchos otros. Submarino Un buque equipado es sumergido a lo largo un ducto, monitoreando en busca de fugas a lo largo del fondo del mar. Estos buques se conocen como ROV por sus siglas en inglés (vehículos teledirigidos) y UAV por sus siglas en inglés (vehículos autónomos sin tripulación). La tecnología utilizada en estos vehículos comprende: detectores de metano, detectores de fluorescencia, sensores de temperatura, sensores de mono-etilenglicol, acústica, entre otros. Entre las ventajas del sistema se incluye:  

Bajo costo No es necesario realizar adecuaciones al ducto

Entre las desventajas del sistema se incluye:  

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No se pueden detectar fugas pequeñas La detección depende de de la interpretación interpretació n de las personas típicamente, por lo que una fuga puede ser no detectada No es una detección continua por lo que no se detecta la fuga hasta que se realice el recorrido

Detección de vapor Un tubo sensor de vapor es instalado a lo largo del ducto. El tubo en sí puede ser penetrable por un fluido. En el caso de un evento de fuga, el gas filtrado, líquido o vapor entra en contacto con el tubo y penetra en él. Cada cierto tiempo, típicamente 12 horas, el contenido del tubo se vacía completamente por medio de una bomba a una velocidad constante, y un sensor de gas en el extremo del tubo analiza la concentración de gas. Una alta concentración de hidrocarburos dará lugar a una alarma de fuga. Entre las ventajas del sistema se incluye: 

Según pruebas pueden llegar a detectar fugas pequeñas, de un 1% de flujo nominal o menor por ejemplo

Entre las desventajas del sistema se incluye:     

Alto costo de instalación Es complicado de instalar en ductos largos Complicado de instalar en ductos existentes Pocos sistemas instalados mundialmente No es una detección continua por lo que no se detecta la fuga hasta que se realice el recorrido



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Esfera Una esfera de espuma equipada con energía, electrónica elec trónica de alta gama, y una tarjeta tarjet a de memoria, se inserta en la entrada del ducto y se desplaza entre el fluido transportado. A medida que la esfera se mueve a lo largo del ducto, 'escucha' las fugas y registra la ubicación geográfica correspondiente a medida que se mueve a través del ducto. Una vez que la esfera llega al final de la línea, se extrae, y se retira la tarjeta de memoria. Los datos en la tarjeta de memoria se analizan y se genera un informe que determinará si hay una fuga en el ducto. Entre las ventajas del sistema se incluye:  

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Según pruebas muestra que el sistema puede ser sensible en la detección Según pruebas pruebas muestra que el sistema puede ser exacto en la ubicación, ubicando fugas a pocos metros La esfera es maniobrable por lo que puede pasar por ductos que no fueron diseños para pig inteligentes

Entre las desventajas del sistema se incluye: 

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No es una detección continua por lo que no se detecta la fuga hasta que se realice el recorrido Para pasar la esfera tiene que haber flujo de producto lo que significa que de tener una fuga existente y usar la esfera se requiere que el producto siga fluyendo incrementando el tamaño del volumen derramado

Métodos continuos Métodos externos Fibra óptica Un cable óptico serial se utiliza en el diseño del sensor de fibra óptica. El sistema de fibra óptica utiliza dos tecnologías principales como métodos de detección de fugas: 1. Sensor de Temperatura Distribuida (DTS) 2. Sensor Acústico Distribuído (DAS) / Sensor Vibraciones Distribuído (DVS)

Figura 2. Ejemplo de fibra óptica



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El "sensor" es el cable de fibra óptica en sí, el cual es totalmente pasivo. Es un requisito es una fuente de señal y el receptor o caja de instrumentos que deben ser espaciadas a lo largo del ducto. Este tipo de sistema de detección de fugas no se verá afectado por las propiedades del fluido transportado. Ambas tecnologías tienen su sensor (cable) instalado debajo o alrededor del ducto, lo que implica un requisito en cuanto a la ubicación física del cable del sensor con respecto al ducto. Para un ducto de gas, un DTS se instala i nstala normalmente por encima del ducto, en un ducto de líquido un DTS se instala típicamente por debajo. Por otra parte, para un ducto submarino, los requisitos de ubicación no están tan claros. Entre las ventajas del sistema se incluye:       

No depende del rendimiento de la instrumentación Exacta ubicación de la fuga Rápida detección de la fuga Sensible a fugas pequeñas No debería de ser afectado por la condición o cambios de propiedad del fluido Funciona tanto para gas, líquido como multifase Posiblemente puede discriminar discrim inar entre múltiples fugas

Entre las desventajas del sistema se incluye:          

Requiere hardware especializado y la fibra óptica No se puede dar un estimado razonable del tamaño de fuga Típicamente tienden a ser menos confiables Detección de robos con DTS no es aplicable ya que no hay fuga hacia la fibra El comportamiento comportamient o con DAS para fugas causadas por robos es desconocido Puede verse afectado por condiciones ambientales Difícil de probar en ductos operacionales con pruebas de fuga reales Difícil de instalar en ductos existentes Costoso de instalar Puede llevar mucho tiempo para poner en marcha

Acústica Al ocurrir una fuga, el fluido crea un sonido cuando sale del ducto. Los sensores acústicos conectados a la pared del ducto son capaces de detectar este sonido y diferenciarlo de otros ruidos en el ducto, identificándolos como una fuga, y también siendo capaz de estimar la localización de dicha fuga. Entre las ventajas del sistema se incluye: 

Sistema externo de costo menor comparado con otros métodos externos

Entre las desventajas del sistema se incluye:   

El ruido externo puede llegar a afectar la confiabilidad del sistema Se requiere equipo especializado El equipo cubre distancias cortas



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Métodos internos (Sistemas computacionales de monitoreo en ductos) En teoría, lo que entra a un ducto debe salir del ducto. Por lo tanto la diferencia entre el flujo total de entrada y el flujo total de salida debe ser cero; implicando que no hay desequilibrio cuando no hay fugas presentes. Esto funciona en buena teoría, pero en la práctica muchos factores pueden afectar a este supuesto ideal: el rendimiento de la instrumentación (precisión, repetibilidad, disponibilidad), las propiedades del producto (compresión, densidad, viscosidad), variables de proceso (temperatura, flujo, presión) y los cambios operacionales (inicio, cierre, arranque/paro bomba, apertura/cierre válvula). Todos los sistemas de detección de fugas reciben señales de medición del propio ducto, y por lo general el mantenimiento y calibración de estas medidas están más allá del control de un sistema de detección de fugas. Por tanto, es importante establecer lo que es normal para cada ducto en particular (ya que cada ducto se comporta de manera diferente).

Sistemas Basados en Eventos Caída de Presión Cuando se produce una fuga, la hidráulica de un ducto cambia. Este comportamiento hidráulico se puede observar viendo las lecturas de presión del ducto. Cuando se monitorea las medidas de presión a lo largo de un ducto, un operador puede observar cómo éstas cambian con el tiempo, una vez que se produce una fuga. Configurar alarmas de medición en el SCADA para supervisar una caída de presión de una cierta magnitud puede alertar al operador en caso de que se produzca una gran caída de presión inesperada, lo que podría indicar una fuga. Sin embargo, esto también puede ser debido a transientes operacionales, y podría inducir al operador operado r a cometer un error, en cuyo caso es necesario realizar investigación adicional para solucionar problemas y en caso de ser necesario, emitir una alarma. Entre las ventajas del sistema se incluye: 

Sistema simple de bajo costo

Entre las desventajas del sistema se incluye:     

No poder detectar fuga pequeñas La detección se da en tiempos largos No da ubicación de la fuga en la mayoría de los casos No aplicable a ductos con transitorios transitor ios No estima el tamaño de fuga

Rarefacción Los métodos de presión negativa se basan en la propagación de la caída de presión causada en el ducto, específicamente en el punto de la fuga. Estos sistemas son principalmente de naturaleza pasiva y responden a la onda de presión causada por la iniciación de una fuga.



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Los sistemas de rarefacción están limitados por la caída de onda de presión que se propaga a lo largo de la longitud del ducto. Esto conlleva una limitación en cuanto a la distancia de separación máxima entre los sensores que pueden ser monitoreados por un sistema de este tipo. Los sistemas son sensibles al ruido en el proceso del ducto y al ruido del ambiente externo del ducto. El tiempo de respuesta es limitado por el tiempo de propagación de la fuga hacia los sensores. Esto normalmente se rige por la velocidad del sonido en el fluido. El evento de fuga es un evento de "una oportunidad" - es decir, si el evento por alguna razón es pasado por alto, no es posible detectar la fuga en una etapa posterior. La localización de fugas puede ser precisa - dentro de un rango de decenas de metros. El tamaño de la fuga se puede inferir a partir de la magnitud de la caída de presión observada; esto tiene una precisión limitada. Entre las ventajas del sistema se incluye:      

No depende del rendimiento de los medidores de flujo Exacta ubicación de fugas Rápida detección En gran parte parte insensible a las propiedades del fluido como viscosidad y densidad No se ve afectado por condiciones ambientales Habilidad de detectar robos

Entre las desventajas del sistema se incluye: 

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Normalmente hay un límite de espaciamiento entre sensores por la disipación disipació n de la onda onda de presión Requiere hardware dedicado El cálculo del tamaño de fuga no es un cálculo directo Ruido del equipo en el ducto ducto puede resultar en mayores umbrales de fuga Baja confiabilidad si no se sintoniza correctamente

Detección de desequilib desequilibrio rio Balance de masa o volumen (simple) Uno de los métodos computacionales más antiguos para detectar la presencia de una fuga en un ducto es el método de balance de masa o volumen. El método tal como se utiliza hoy en día es una extensión del antiguo análisis simple y se basa en el principio de conservación de la masa. El fluido que entra en el segmento de ducto y el que abandona este segmento es medido. El principio se basa en el hecho de que el fluido que entra en el segmento es igual a la del fluido que sale del segmento. El método de balance de masa o volumen es una solución de detección de fugas que no se basa en un modelo. Entre las ventajas del sistema se incluye: 



No poder detectar fuga pequeñas La detección se da en tiempos largos



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No da ubicación de la fuga en la mayoría de los casos No aplicable a ductos con transitorios transitor ios

Balance de masa corregido Este método es un refinamiento del principio de balance de masa/volumen. Aquí las lecturas de presión y, a veces las lecturas de temperatura se utilizan para calcular los cambios de volumen en el ducto, que son causados por empaquetamiento y des-empaquetamiento en el segmento del ducto. Algunos sistemas calculan los cambios de empaque de la línea mediante la interpolación entre las mediciones de presión adyacentes. Algunos vendedores incluso utilizan un modelo de simulación para tratar de calcular el empacado de la línea. Cuando se utiliza un modelo, el operador del ducto debe tener los recursos para mantener y ajustar el sistema regularmente, puesto que la exactitud del modelo se verá afectada por un número de variables de estado que incluyen:    

Cambios en la composición de producto(s) transportado Impurezas en el producto(s) transportado Temperaturas a lo largo del ducto Cambios en la rugosidad del ducto

Entre las ventajas del sistema se incluye: 


Entre las desventajas del sistema se incluye:    

No poder detectar fuga pequeñas La detección se da en tiempos largos No da ubicación de la fuga en la mayoría de los casos No aplicable a ductos con transitorios transitor ios

Modelo Transitorio en Tiempo Real Un modelo transitorio en tiempo real (RTTM, por sus siglas en inglés) puede ser utilizado para detección de fugas. Se basa en la premisa de que lo que entra en un ducto debe salir por el mismo, y el supuesto de que el comportamiento del fluido dentro del ducto se puede modelar con precisión. Este cálculo del modelo se compara entonces contra las medidas del mundo real. Una discrepancia entre las mediciones del mundo real y el modelo puede indicar una potencial fuga. Típicamente, un RTTM tendrá algunos sensores conectados que se utilizan para conducir el modelo y otros sensores que se utilizan para la comparación con los datos modelados, con el fin de realizar la detección de fugas. La mayoría de los modelos se ven afectados por la confiabilidad de la instrumentación, y si se pierde una medición, los valores calculados serán inexactos. Por lo tanto, los RTTM 'requieren' más instrumentación porque tiene que haber algo de redundancia incorporada para hacer frente a los fallos típicos de instrumentación. Los sistemas normalmente se basan en un sistema SCADA para el suministro de datos. Debido a que la premisa es que el comportamiento de flujo del fluido en un ducto puede ser modelado, © Copyright Atmos International 2016.


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el sistema depende en gran medida del comportamiento de los fluidos en el ducto. Los sistemas pueden configurarse para cubrir secciones de larga distancia. distanc ia. El tiempo de respuesta está limitado por al retraso de la propagación de la señal de fuga, proveniente de la ubicación de esta hasta donde se encuentran los sensores utilizados por el SDF. Los errores en la instrumentación pueden afectar la sensibilidad, la estimación esti mación del tamaño de fuga y la estimación de localización de fugas. Debido a que la base del sistema es la discrepancia entre los datos modelados y medidos del sensor, hay un tiempo involucrado en la acumulación de una suficiente "confianza en la alarma de fuga". Este tiempo se incrementará a medida que disminuya el tamaño de la fuga. Una de las incertidumbres incertidumbr es en el sistema es el inventario del ducto; esto siempre es relevante para un RTTM. Entre las ventajas del sistema se incluye:     

Típicamente depende de la instrumentación, instrumentaci ón, infraestructura infraestruct ura ya instalada Puede funcionar con distancias medianamente grandes entre instrumentación Cálculo de la ubicación de fuga Cálculo del tamaño de fuga Tecnología altamente probada


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Puede llegar a requerir de más instrumentación instrumentac ión para realizar un buen modelo Alta tasa de falsas alarmas debido a transitorios, transitori os, flujo en slack, errores de medición, o malas suposiciones del modelo A menudo desensibilizado desensibilizad o durante operaciones transitorias transitori as Sensible al rendimiento de la instrumentación instrumentac ión No puede discriminar entre múltiples fugas Consume tiempo y es costoso de mantener El modelo se basa en suposiciones sin fuga, por lo que el efecto de una fuga puede ser "corregido" como error en la instrumentación reduciendo la sensibilidad del sistema de detección de fugas Complejo y requiere de gran experticia para implementar, operar y mantener

Balance de volumen estadístico Estos sistemas se basan en el principio de que lo que se mide entrando a un ducto debe ser bastante comparable a lo que se mide saliendo del ducto; bajo condiciones normales de funcionamiento. A la diferencia entre las medidas de entrada y salida se le denomina desbalance. Las estadísticas se aplican con el fin de minimizar la tasa de falsas alarmas. Hay dos observaciones clave: 1. Cuanto mayor sea el nivel de incertidumbre en el término de desequilibrio, entonces mayor será la cantidad mínima de fuga detectable 2. Cuanto mayor sea la propagación (o desviación estándar) del término de balance del volumen, entonces el tiempo de detección será mayor



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Los sistemas de balance de volumen estadísticos reciben sus datos de entrada de la instrumentación típica que se instala en el ducto para fines de control y monitoreo. Los datos se pasan a los sistemas de detección detecció n de fugas desde el PLC, SCADA o DCS empleados en el ducto; esto depende de la instalación. No hay ninguna intención de modelar el comportamiento hidráulico en el ducto, (aparte de las relaciones relativamente simples de presión-temperatura-densidad para la corrección de inventario), por lo que el sistema es en gran medida independiente del comportamiento de los materiales en el ducto. Los sistemas pueden configurarse para cubrir secciones de larga distancia de un ducto. En casos como estos, la sintonización de los sistemas se modifica para tomar en cuenta las secciones de largas longitud e instrumentación limitada disponible - con impactos potenciales en el tiempo de detección y la sensibilidad. El tiempo de respuesta está limitado por al retraso de la propagación de la señal de fuga, proveniente de la ubicación de esta hasta donde se encuentran los sensores utilizados por el SDF, más el tiempo de transmisión de las señales a ser recibidas reci bidas en el servidor de LDS. Los sistemas pueden manejar un ducto que tiene flujo con condición de slack (también conocido como columna abierta - ducto líquido con bolsas de gas o vacío), pero con diferente sensibilidad. Los errores en la instrumentación instrumentac ión pueden afectar la sensibilidad, la estimación del tamaño de la fuga y la estimación de localización de la fuga. Una de las incertidumbres en el sistema es el inventario del ducto. Esto se vuelve relevante para un sistema de balance de volumen cuando el inventario del ducto está cambiando - es decir, durante condiciones transientes. En ductos submarinos extensos, donde no hay mediciones intermedias de presión disponibles, los métodos sencillos utilizados en sistemas estadísticos típicos resultan insuficientes si el inventario está cambiando significativamente - podría dar lugar a un bajo rendimiento del SDF. En algunos casos, especialmente en instalaciones submarinas, clientes prefieren que la válvula de aislamiento de la plataforma sea la última pieza del equipo antes del ducto. Para casos como estos, la instrumentación está aislada del ducto durante los cierres de plataforma – eliminando así al ducto del alcance del SDF. Entre las ventajas del sistema se incluye: Típicamente depende de la instrumentación instrumentaci ón e infraestructura infraestruct ura ya instalada Puede funcionar con distancias medianamente grandes entre instrumentación Cálculo de la ubicación de fuga Cálculo del tamaño de fuga Tecnología altamente probada Usa tecnología estadística No es afectado por condiciones ambientales Confiables

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Entre las desventajas del sistema se incluye:    

Sensible al rendimiento de la instrumentación instrumentac ión Típicamente no puede discriminar entre múltiples fugas Tiempo de detección depende del tamaño de fuga El rendimiento es típicamente pobre en grandes redes de gas con instrumentación instrumentació n limitada



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Localización de fugas Existen varios tipos de métodos específicos que los SDF utilizan para la correcta ubicación de fugas. A continuación se muestran dos de estas.

Tiempo de vuelo Una vez que comienza una fuga, la presión a lo largo del ducto se reducirá, iniciando en el punto de la fuga y la magnitud de la caída de presión será mayor en la posición de fuga. La onda de presión (caída de presión) se propaga en ambas direcciones a lo largo del ducto y posteriormente es observada en los medidores de presión que están más cerca a la fuga en un período de tiempo más corto que los que están más lejos de la fuga, permitiendo de esta manera calcular la posición de la fuga. Además se toma en consideración las variables de la velocidad de la onda y la distancia entre instrumentación.

Factor de fricción Esta estimación de localización de fugas se basa en los cambios del perfil de presión después de producirse una fuga en un ducto. Como se ilustra en la figura siguiente, cuando ocurre una fuga, el perfil de presión a lo largo de la longitud del ducto está por debajo del perfil normal, con la mayor desviación del comportamiento normal expuesto en la localización de la fuga. El software de localización de fugas utiliza las condiciones de flujo y presión en la entrada y salida del ducto durante una fuga, para estimar la forma modificada del perfil de presión, y por lo tanto permite estimar la posición del punto de mayor desviación del perfil de presión "normal".

Figura 3. Bases de e stimación de localización de fugas por factor de fricción

La figura anterior muestra el perfil de presión a lo largo de un ducto antes y después de una fuga. Las presiones se muestran en el eje y, las distancias de la entrada del ducto se muestran en el eje x y L es la longitud total del ducto. Además, F in = flujo en la entrada de la sección y F out = flujo en la salida de la sección.



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Multi-method Multi-me thod lea leak k d etection syst em

Introduction To optimize the detection and response to a rupture, leak or theft, it is important to treat each type of these events differently. A rupture is a spill as a line rupture or a crack where about 20% or more of the flow rate of the product escapes. The defining size for a real rupture will vary for each different product. A leak in a pipeline is a product loss, usually caused by an accident, negligence or natural conditions; perhaps by corrosion, by tests carried out erroneously, or by the intervention of a third party during an excavation. A leak does not stop on their own in most cases unless the segment where the leak is completely drained. Hydraulic response to a theft is often quite different from a leak or rupture. For example, a theft usually ends when the container is full. The thief opens the theft valve causing a pressure drop in the theft point and closes the valve theft, causing a pressure spike in the location of the event. Unlike a leak, the flow difference returns to normal once the theft is complete. Each of these three types of events can cause a different hydraulic response, and that is why it is important to apply different technologies to detect them in any operating condition. There is some overlap, where any of the detection methods can detect more than one type of product loss in a given condition. The application of the methods together ensures the best overall detection and faster response to any type of product loss in all conditions. This approach is supported by the report of the DOT (Department of Transportation US) 2012 suggesting that the reliability of the leak detection system (LDS) will be improved through a combination of technologies that use different physic principles to detect a leak - using two or more independent detection systems.

El desafío El desafío de detección de rupturas Las rupturas son causadas por eventos tales como deslizamientos de tierra, intervención de terceros, por ejemplo, una excavadora de un contratista, rupturas en la juntura de un ducto, etc. Estos derrames grandes pueden causar enormes daños consecuentes. Cada segundo cuenta para minimizar la consecuencia de una ruptura. Los operadores de ductos necesitan una herramienta que alarme en caso de una ruptura en cuestión de segundos con un 100% de confiabilidad, de modo que el operador pueda cerrar el ducto sin detenerse siquiera para verificar la alarma. Esta herramienta para detección de rupturas debe emitir una alarma en cada ruptura y nunca alarmar cuando no hay rupturas. Los operadores de ductos en general están luchando para tener una detección confiable y rápida respuesta a las rupturas de ductos. Históricamente, las tecnologías convencionales de detección de fugas han tenido dificultades en alarmar en pocos segundos con una confiabilidad del 100%. Esto debido a que el enfoque de los sistemas de detección de fugas convencionales es detectar pequeñas fugas, sacrificando confiabilidad por mayor sensibilidad. De esta manera, la mayoría no puede alarmar en cada tipo de ruptura en cuestión de segundos sin dar falsas alarmas. © Copyright Atmos International 2016.


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Cada alarma en una fuga por ruptura debe emitirse con cero falsas alarmas, y rápidamente; en uno o dos escaneos de datos. Idealmente, la alarma de ruptura debe ser emitida incluso más rápido de lo que las bombas pueden detenerse de forma automática en caso de que los ductos tengan sistemas automáticos para estos casos.

El desafío de detección de robos Los ladrones tienen una buena comprensión de la hidráulica de ductos y aplican sus conocimientos para evitar ser detectados. Por ejemplo, los ladrones suelen abrir la válvula de robo muy lentamente para evitar causar una caída de presión detectable en el punto de fuga. Algunos ladrones han incluido un medidor de presión al final de su manguera de robo, lo que les permite esperar a los cambios de presión operacionales antes de abrir la válvula para robar. Los cambios de presión operacionales enmascaran la caída de presión causada por el robo. Algunos ladrones incluso han sido capturados con kits de muestreo, lo que les permite detectar el producto en poliductos, para asegurarse de que se roban la gasolina y no un producto menos comercializable como combustible para aviones.

El desafío de detección de fugas Los diferentes tipos de ductos pueden requerir diferentes métodos de detección de fugas para asegurar la detección. Los factores clave que influyen en el rendimiento rendimi ento de los diferentes métodos de detección de fugas en un ducto específico incluyen: • • • • • •

Topología del ducto El número de sensores en en el ducto y su ubicación Digitalización Digitalizac ión del sensor Precisión, repetibilidad y tiempo de respuesta de la instrumentación instrumentac ión del ducto La disponibilidad y la calidad de un sistema de telecomunicaciones telecomunicacio nes Condiciones operativas específicas o Por ejemplo, las condiciones de borde y las impedancias de línea, como la corrección de la presión de la cabeza de presión de un tanque en la salida o las ondas de presión causadas por una bomba de desplazamiento positiva

El impacto de estos y otros factores variará dependiendo de la ubicación de la fuga y la hidráulica del ducto en el momento de la fuga.

El sistema multi-método de detección de fugas Una tecnología por sí sola no será suficiente para detectar cualquier robo, fuga o ruptura en cualquier condición de operación; incluso dos tecnologías que trabajan juntas pueden no ser suficientes. El mejor enfoque es una combinación de múltiples tecnologías. Hoy en día existen soluciones de ductos que combinan más de una tecnología de detección de pérdida de producto, por ejemplo Atmos Wave Flow. Atmos Wave Flow es una solución única de seguridad en ductos que ofrece siete diferentes tecnologías de detección de pérdida de producto en un solo paquete para asegurar la mejor sensibilidad, velocidad de detección, y la precisión y confiabilidad de la © Copyright Atmos International 2016.


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ubicación. Este sistema único no sólo combina diferentes tecnologías, sino que también puede adquirir los datos de uso de diferentes fuentes, por lo que es un sistema más robusto. Los datos pueden ser adquiridos a partir de unidades de adquisición propietarias a una velocidad alta, por ejemplo 60 Hz; y desde el sistema de control del cliente a la velocidad de escaneo normal, por ejemplo 5 a 30 segundos. Si la comunicación de una fuente de adquisición falla, la detección del producto es todavía posible usando la otra fuente de adquisición. Se describen a continuación los componentes com ponentes de un sistema de detección de pérdida de producto de múltiples tecnologías tales como Atmos Wave Flow: Onda de rarefacción Tecnología Wave Tecnología de monitereo de hermeticidad

Modelo transitorio en tiempo real

Sistema multi-método de detección de fugas

Análisis dinámico del modelo

Análisis de presión diferencial

Tecnología Wave Flow

Detección de rupturas

SCADA Wave

Figura 4. Sistema multi-método d detección de fugas

Onda de rarefacción (Atmos Wave) Tecnología de detección de onda de rarefacción, usando unidades de adquisición de datos propietarias de alta velocidad. La tecnología de detección de onda de rarefacción de Atmos, ha superado a todos los otros contendientes en todos los recientes ensayos de fugas para proveedores de sistemas basados en ondas de rarefacción. En los casos en que la medición de flujo es una opción difícil o no es siquiera posible, Atmos Wave se ha convertido en la mejor opción tecnológica. Se trata de un sistema de onda de rarefacción / presión negativa que detecta las ondas de presión asociadas con la aparición de una fuga o robo en un ducto. Esta tecnología de onda de rarefacción es adecuada para la mayoría de los ductos, en transientes, en estado estacionario, y en condiciones estáticas o dinámicas. La operación de equipo muy ruidoso puede causar ondas de presión que tienen una frecuencia similar a la onda de presión que se observa debido una fuga, lo que reduce la sensibilidad del © Copyright Atmos International 2016.


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sistema de detección para evitar alarmas de fuga falsas. La mayoría de las fugas se desarrollan muy rápidamente y pueden ser detectadas por los sistemas de onda de rarefacción. Las fugas que se desarrollan muy lentamente (más de 1 segundo) pueden ser pasadas por alto por un sistema de rarefacción. Afortunadamente, es razonable argumentar que cuando se produce una fuga al punto de que se derrama producto a la atmósfera, atmósfer a, esto suele ser un proceso rápido. rápi do. Atmos Wave ha demostrado ser eficaz en la detección de robo en ductos. Incluso cuando los ladrones abrieron la válvula de robo lentamente, se detectan las fugas; y en casos excepcionales en los que esto falló, se detecta el cierre de la válvula de robo. La adición de un motor de flujo y otras tecnologías, proporciona proporci ona la profundidad adicional necesaria nec esaria para asegurar la captura de todos estos eventos específicos en todas las condiciones operativas. Esto también proporciona redundancia en tecnologías y mejora la robustez global del sistema.

Tecnología de monitoreo de hermeticidad (Hydrant) Una tecnología de detección de fugas de presión diferencial en condición estática basado en sistemas de detección de fugas para hidrantes de aeropuerto, usando unidades propietarias de adquisición de datos de alta velocidad. Atmos Hydrant se basa en la tecnología de monitoreo de hermeticidad, una tecnología de detección creada especialmente para detectar fugas tan pequeñas como 0.04 litros/hora/metro cúbico en hidrantes de aeropuerto, como es requerido por regulaciones como la EI 1560. Esta tecnología monitorea la presión en secciones cerradas, aplicando técnicas sofisticadas para proporcionar una mayor sensibilidad de fugas que otras tecnologías de detección en condiciones estáticas, mientras se mantiene un nivel bajo de falsas alarmas. Se analiza la presión y la velocidad de cambio en el punto de ajuste de presión. Una discrepancia entre los valores calculados y medidos indica la presencia de una fuga en el sistema.

Modelo transitorio en tiempo real (Flow Engine) El Flow Engine es una tecnología de modelo transitorio en tiempo real basado en la detección de la pérdida de producto, que funciona de forma independiente; independient e; utilizando los datos dato s de flujo, presión y temperatura de SCADA. Un modelo transitorio en tiempo real, tal como el motor de flujo, monitorea los desequilibrios de flujo significativos durante períodos de tiempo cortos y los desequilibrios de flujo más pequeños en períodos de tiempo más extendidos. Los algoritmos integrales integral es de compensación de inventarios capturan con precisión el paquete de línea de ducto real para optimizar el tiempo de detección y minimizar las falsas alarmas. Los filtros de ruido patentados suprimen el ruido causado por el flujo turbulento para lograr una detección de fugas extremadamente sensible y fiable. Este módulo incluye herramientas de análisis que permiten que el operador del ducto determine con precisión las desviaciones del medidor, que son causadas por factores tales como la temperatura y la densidad. El motor de flujo también corrige automáticamente las compensaciones de metros para hacer la detección de fugas aún más sensible. El motor de flujo es un sistema basado en el flujo y su sensibilidad © Copyright Atmos International 2016.


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depende del rendimiento del medidor de flujo. El motor de flujo también puede detectar fugas en transitorios, en estado estacionario, y condiciones dinámicas y estáticas.

Análisis de modelo dinámico (DMA) Una tecnología de reconocimiento de patrones inteligente que utiliza los datos de flujo y presión desde el SCADA. El método de reconocimiento de patrones, DMA, utiliza el flujo como entrada primaria para detectar pérdidas de producto. El sistema compara las mediciones de flujo y presión al inicio y final de un segmento de un ducto buscando patrones relacionados con una fuga. Un ejemplo de una fuga se presenta cuando la presión cae en la entrada y salida, mientras que el flujo en la entrada aumenta pero el flujo en la salida disminuye. Entrada: Presión ↓ y Flujo ↑ Salida: Presión ↓ y Flujo ↓

Inmune a inexactitudes del medidor de flujo o cambios de lote, este puede ser un método altamente sensible de detección de pérdida de producto ya que puede lograr incluso mayor sensibilidad que la exactitud real del medidor de flujo. El módulo utiliza filtros personalizados para minimizar falsas alarmas de fuga. Este módulo funciona sólo cuando el producto se encuentra circulando dentro del ducto y no cuando está en condiciones estáticas. Aunque resulta una herramienta útil en la suite de detección de pérdida de producto, un Modelo de Análisis Dinámico puede no detectar cada fuga en todas las condiciones. Por ejemplo, este módulo puede pasar por alto una fuga cuando la presión o el flujo de salida están aumentando. En estos casos poco frecuentes, uno de los otros métodos emitiría una alarma de fuga.

Onda de rarefacción con datos recopilados del SCADA (SCADA Wave) SCADA Wave aplica algoritmos de onda de rarefacción a los datos de presión y de flujo, los cuales son tomados del SCADA. Por lo general, las tecnologías de onda de rarefacción reúnen datos de las unidades de adquisición de datos propietarias. Sin embargo SCADA Wave aplica los algoritmos patentados de Atmos Wave a los datos de presión recopilados de SCADA. Como SCADA Wave utiliza los datos del SCADA con la tasa de muestreo del SCADA, no se necesita ningún hardware adicional (sensores de presión, unidades de adquisición de alta velocidad). Esta tecnología requiere varios sensores de presión distribuidos distrib uidos a lo largo del ducto. Esta tecnología funciona muy bien en ductos relativamente largos, ya que el tiempo de tránsito de la onda de presión debe ser significativamente mayor que la tasa de recogida de datos SCADA. Este método se puede utilizar para detectar fugas en transientes, en estado estacionario, y en condiciones dinámicas y de cierre. Cuando también hay medidores de flujo, SCADA Wave trabaja trabaj a con el módulo de DMA para reducir al mínimo las falsas alarmas causadas por errores de medición de flujo.



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Análisis diferencial de presión (PDA) Tecnología basada en la presión para la detección de pérdida de producto que se basa en datos del SCADA. La tecnología PDA modela las caídas de presión pres ión a lo largo del ducto contra contr a las lecturas de presión reales de los datos de SCADA. Dado que esta tecnología utiliza los datos reales del SCADA, no se requiere hardware adicional en el ducto. Este módulo requiere al menos tres sensores de presión a lo largo del segmento del ducto para la detección de fugas y un mínimo de cuatro sensores de presión a lo largo del segmento del ducto para la localización de fugas. Este método tiene tiempo de detección de fugas mayor al de Flow o Wave. Las desviaciones significativas del modelo detectarán fugas existentes. El análisis diferencial de presión se puede utilizar para detectar fugas en transitorios, en estado estacionario, dinámico y en condiciones de cierre.

Detección de rupturas (Rupture) Alarma en caso de rupturas con una confiabilidad del 100%, absolutamente sin falsas alarmas y detecta cada ruptura en segundos basándose en PDA, DMA y las discrepancias de inventario. El único objetivo de este módulo es detectar det ectar rupturas con una confiabilidad confia bilidad del 100% y en cuestión de segundos, sin tener en cuenta si el ducto está fluyendo o en estático. Este módulo proporciona al operador del ducto la confianza necesaria para cerrar el ducto inmediatamente y llamar a los equipos de respuesta a derrames, minimizando las consecuencias de la fuga. El módulo de detección de rupturas asegura la detección de fugas que están en el mínimo del 20% del flujo nominal en cuestión de segundos. El tamaño de la ruptura mínima real detectable puede variar un poco, dependiendo del ducto en particular del que se trate.

Conclusión Este único sistema multimulti-tecnológico tecnológico combina la vasta experiencia experienc ia en la industria del Grupo Atmos con algoritmos específicos de la ciencia de la espectrografía que puede detectar componentes en partes por millón. El sistema multi-tecnológico aporta los métodos clave para la detección de fugas: onda de presión de rarefacción / negativa, modelo transitorio en tiempo real, balance estadístico de flujo corregido, reconocimiento de patrones, análisis de distribución de presión y detección de ruptura; para apoyar a los cliente en su sistema global de detección de pérdida de producto. Este sistema versátil garantiza la confiable detección de rupturas en todo momento sin compromiso. El sistema multi-tecnológico puede detectar fugas y robos tan pequeñas como 0.2% del flujo del ducto en cuestión de minutos con una alta confiabilidad, y localizar la ubicación a pocos metros del punto del incidente. El despliegue del sistema multi-tecnológico en un ducto ofrece la mejor oportunidad para detectar rupturas, fugas y robos de productos en todas las condiciones operativas de un ducto. La alta confiabilidad y robustez de las soluciones de tecnología de detección de fugas integral, proporcionarán redundancia global sin precedentes y un alto nivel confianza de los operadores © Copyright Atmos International 2016.


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de ductos para tomar acciones más prontas cuando se emita una alarma, minimizando así la consecuencia de un evento de pérdida de producto.



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Comparación de sistemas de detección de fugas En secciones pasadas se hizo una lista de algunas de las ventajas y desventajas de algunos sistemas de detección de fugas. En esta sección se hará una comparación de los principales sistemas para complementar las ventajas y desventajas descritas anteriormente. Las tecnologías a ser comparadas son: cable de fibra óptica, simuladores transitorios en tiempo real, ondas de rarefacción / presión negativa, análisis estadístico, y además se incluye el sistema multi-método de detección de fugas descrito en la sección anterior (Atmos Wave Flow). Tabla Tabla 1. Comparaci Comparaci ón de sis temas de detección d e fugas Fibra Óptica

RTTM

Análi An álisi si s Estadístic

Presión Negativa

Multimétodo Múltiples métodos para tener el mejor sistema global Ondas de presión negativa, sistema hidrante, simulación hidráulica, reconocimiento de patrones, SCADA Wave, presión diferencial,

Sensor distribuido de temperatura, ruido / vibraciones

Simulación hidráulica y análisis de la diferencia entre valores medidos y calculados

Análisis estadístico de balance de volumen y presión

Análisis de la onda de rarefacción generada por una fuga

Requisitos de la aplicación

Instalación de cable sensor de fibra óptica dedicado

Mediciones de temperatura ambiente, composición de densidad en adición a flujo, presión, temperatura; SCADA y comunicación

Mediciones de flujo y presión; SCADA y comunicación

Mediciones de presión, equipo de adquisición dedicado y comunicación

Mediciones de presión y flujo, equipo de adquisición dedicado y comunicación

Fluido de aplicación

Para ductos de gas, líquidos y muti-fase, onshore

Para ductos de gas y líquidos, onshore y offshore

Para ductos de gas, líquidos y muti-fase, onshore y offshore



Principio del SDF



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Baja a media Confiabilida d

Dependiendo de factores ambientales y efecto de la fuga Muy alta

Sensibilidad

Detecta fugas pequeñas muy rápidamente

Media Dependiendo de la sintonización del modelo Baja a media Dificultad de mantener modelos de alta precisión

Alta Diseñado para minimizar falsas alarmas

Media a alta Puede llegar a detectar pequeñas fugas

Baja

Robustez

Precisión de Localización de Fuga

Cálculo del Tamaño de Fuga

Costo de Instalación*

No puede detector fugas si el cable es cortado o si la fuga no está localizada cerca del cable. Trabaja bajo condiciones de estado estable, transitorios y paro de línea

Muy alta, hasta decenas de metros

Alta

Media a alta

Alta

Dependiendo en la sintonización y el sistema

Diseñado para minimizar falsas alarmas

Alta

Alta

Detecta fugas pequeñas y robos rápidamente

Detecta fugas pequeñas y robos rápidamente

Media

Alta

Pérdida de función debido a falta de datos, flujo con slack u operaciones transitorias

Puede detectar fugas inclusive si algunos instrumentos fallan. Trabaja bajo condiciones de estado estable, transitorios y paro de línea

Pérdida de función si los sensores de presión no están disponibles. Trabaja bajo condiciones de estado estable, transitorios y paro de línea

Múltiples tecnologías trabajando en todas las condicione de operación. Se puede tener redundancia de equipos y sistemas de adquisición de datos.

Baja

Media

Alta, hasta cientos de metros

Alta, hasta cientos de metros

Si

Media

No

Si

Si

Si, preciso solo después de pruebas de fuga de calibración

Muy alto

Alto

Medio

Bajo

Medio

Más si el cable no está instalado

Requiere de muchas mediciones

Requiere medición de flujo y presión

Requiere solo medición de presión

Requiere de medición de flujo y presión



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Medio a alto Costo de Mantenimient o

Podría requerir sintonización a través de cambios en el año

DAS/DVS se puede utilizar para la detección de intrusos. Observacion es

Difícil de probar el rendimiento. Difícil de instalar a ductos existentes.

Alto Se requiere un experto en sintonizarlo continuamente

Adecuado para ductos existentes y nuevos si el flujo, presión, composición de gas/densidad y mediciones de temperatura ambiente están disponibles.

Bajo a medio

Bajo a medio

Cambios y ruidos podrían significar resintonizaciones

Cambios y ruidos podrían significar resintonizaciones

Buen historial en ductos de gas y líquidos.

Sólo requiere sensores de presión.

Adecuado para ductos existentes y nuevos.

Adecuado para ductos existentes y nuevos.

Múltiples tecnologías operando al mismo tiempo para maximizar las condiciones únicas de cada tecnología única, otorgando un óptimo sistema global.

Bajo Aprende en línea y tiempo real

Basado en tecnologías reconocidas y exitosas.

Tabla 1. Comparación de sistemas de detección de fugas *El costo de instalación asume que no existen instrumentaci instrumentación ón de campo en el ducto. El costo para los sistemas RTTM y estadísticos se vería reducido si la instrumentación de campo ya está instalada.



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El desafío desafío de detecció detección n de robos robo s

Introducción Un operador de ductos en Europa recientemente sospechó sobre la posibilidad de un robo y pidió la ayuda de los especialistas de detección de robos de Atmos. El equipo configuró y desplegó un sistema de detección de robos en un día y configuró el sistema en línea en otros dos días. El equipo estaba buscando un robo tan pequeño como 0.1% del flujo del ducto. Los algoritmos de alta sensibilidad del sistema detectaron el robo en la primera noche, aunque el robo fue mínimo. La caída de presión era tan pequeña que el equipo no pudo localizar el robo con exactitud razonable; sin embargo, el equipo identificó el segmento donde se encontraba el robo. El sistema fue sintonizado aún más el día siguiente, y cuando el robo se inició de nuevo en avanzadas horas de la noche, el sistema de detección de robo encontró el robo con un margen de error aproximado de cientos de metros. Un helicóptero de la policía fue enviado a la ubicación estimada. Al ver el helicóptero, los ladrones ladr ones entraron en pánico y cerraron la válvula de robo rápidamente. Esto causó un pico de presión muy significativo y reveló la ubicación exacta del punto de robo al sistema Wave Flow. El equipo pasó las coordenadas a la policía, y esta atrapó tres ladrones en el acto. Esto fue sólo un ejemplo de Atmos capturando ladrones. Usando herramientas específicas de detección de robo, diseñadas para un sistema hidráulico de un ducto determinado y asociado con los distintos métodos de robo, asegura la detección de robos en todas las condiciones de una forma rápida y confiable. Hay varios métodos de robo, tales como robos agresivos donde los ladrones tienen la intención de visitar el sitio de robo solo una vez. Conducen en carro tanque grande y realizan un punto de toma. Extraen el producto lo más rápido r ápido que pueden y dejan el sitio en 20 minutos o menos, antes de que la policía puede ser enviada. O pequeños hurtos persistentes donde los ladrones hacen un agujero en el ducto y conectan una manguera a una extensión de un ¼ "o ½" que tiene una válvula en su extremo. La manguera, a menudo más pequeña que una manguera de jardín, está enterrada y puede ser establecida a unos kilómetros de distancia. El robo en ductos es un juego en evolución. Como los ladrones se vuelven más sofisticados en sus esfuerzos para evitar la detección, la industria de detección de fugas necesita desarrollar métodos aún más inteligentes para detectarlos.

Atmos Theft Net Atmos Theft Net es un servicio único offline de Atmos para la detección y localización de conexiones ilícitas, desarrollado para proporcionar rendimiento que normalmente no puede ser alcanzado por un sistema de detección de fugas online.



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Figura 7. Ejemplo de ladrones silenciosos

La información recopilada del ducto se analiza rápidamente fuera de línea en servidores robustos en las oficinas de Atmos, donde los umbrales de fugas se reducen a los valores más bajos posibles para que luego los ingenieros especialistas altamente capacitados en análisis de datos y detección de robo puedan dar una valoración experta de cada alarma emitida por el sistema para detectar conexiones ilícitas y robos de magnitudes muy bajas que normalmente pasan inadvertidos para el cliente. Atmos da una respuesta inmediata si se detecta una fuga o toma ilegal durante el análisis de datos. Al final, se enviará un informe ejecutivo (cada semana o tan a menudo como el cliente envíe los datos a Atmos) al cliente, donde se muestran los eventos y tendencias. Atmos Theft Net es un servicio mensual y tiene la gran ventaja de que está diseñado para satisfacer las necesidades únicas de este mercado. Los retos implicados en la detección de conexiones ilegales siempre están cambiando, los perpetradores en cierto mes pueden estar en un segmento utilizando cualquier técnica, mientras que otro mes pueden estar en otro segmento y utilizando técnicas diferentes. El servicio Atmos Theft Net da la ventaja a los clientes de pasar de un segmento a otro, según sea requerido, además de que deja las complejidades de la detección a expertos calificados que, independientemente de la técnica utilizada por los autores del robo detectarán el punto ilegal de toma de producto.



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Unidad de Adquisición de datos portable Atmos posee una solución de registro de datos portátil y autónomo la cual puede implementarse rápidamente en un ducto donde se sospecha que existe una fuga o robo. El registrador de datos portátil se instala en un ducto para recoger datos de presión (y de caudal en caso de estar disponibles). Estos datos son analizados de manera offline por Atmos bajo el servicio de Atmos Theft Net y se envía un reporte al cliente. Esta unidad se ofrece como una solución temporal y efectiva para mitigar el riesgo de conexiones ilícitas y determinar el potencial rendimiento de sistemas de detección de fugas permanentes. Este equipo ha tenido éxito en la detección de puntos de robo en una serie de ductos en el Reino Unido y se ha utilizado en numerosos ductos alrededor del mundo.

Figura 8. Unidad de adquisición de datos portable

Odin Atmos ha desarrollado una unidad de sensor de presión que funciona con baterías, el Odin, que almacena hasta 21 días de datos de presión protegidos en una carcasa carca sa a prueba de manipulación, diseñada para ocultarse lo largo de un ducto. Resulta ideal para el despliegue en ductos remotos donde no hay energía, no hay comunicaciones ni electricidad.

Figura 9. Ejemplo de zonas de ductos remotas



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El operador de ductos puede incorporar el Odin a cualquier instalación existente en un ducto. En ductos con válvulas check que se cierran mientras que la línea se apaga, bloqueando las ondas de presión de un robo, el Odin se puede instalar después de las válvulas de retención para capturar la señal. Los datos pueden ser recogidos a través del puerto USB y ser subidos para su procesamiento, permitiendo la detección y ubicación exacta del robo tan pequeña como un 0.1% del rendimiento del ducto.

Figura 10. Equipo Odin

Conclusión Es importante diferenciar entre un sistema de detección de fugas de uno de detección de robos. Atmos Theft Net es un servicio único offline de Atmos para la detección y localización de puntos de toma ilícitas, desarrollado para proporcionar rendimiento que normalmente no puede ser alcanzado por un sistema de detección de fugas online.



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Requisi Re quisi tos de inst rumentación y comuni caciones

¿Cómo instrumentar un ducto apropiadamente? Se espera que la instrumentación de flujo y de presión esté disponible en todas las estaciones de entrada y salida del sistema de ductos. Las mediciones de flujo para un ducto deben estar disponibles como flujo volumétrico normalizado, mientras que para los ductos de líquido deben estarlo como volumétrico neto o flujo másico. Se espera que la medición de presión en las entradas y salidas del ducto esté al lado del ducto, en lugar del de la estación. Esto permitirá que el algoritmo de detección también funcione en condiciones estáticas. Además, para un mejor rendimiento, deben ponerse a disposición señales de estado para cualquier equipo rotativo y válvulas (incluyendo lanzador de raspadores / señales de válvulas de contención). El SDF recibirá los datos de campo en las frecuencias acordadas entre el usuario y el proveedor de soluciones. Estas frecuencias variarán según la tecnología de detección de fugas ser utilizada y el medio de adquisición de datos a ser utilizada.

Figura 11. Ejemplo de instrumentación esperada en un oleoducto de 40 km

Rendimiento de la instrumentación Todos los flujos de entrada y salida del ducto se supervisan mediante dispositivos de medición de flujo comparables conforme a las especificaciones en la siguiente tabla, para obtener un rendimiento óptimo del sistema. Tabla 2. Rendimientos de instrumentación esperados

Instrumento Flujo * Presión Temperatura

Exactitud 0.2 % del rango 0.2 % del rango 0.2 % del rango

Repetibilidad 0.1 % del rango 0.1 % del rango 0.1 % del rango

Tabla 2. Rendimiento de instrumentación esperada *La repetibilidad del medidor de flujo debe aplicarse entre los medidores de flujo de entrada y de salida para la gama completa de los medidores de flujo, y para todas las composiciones de productos transportados en cualquier condición operativa real.



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Arquitectura y comunicación Recolección de datos por medio del sistema de control Los sistemas de detección de fugas en ductos utilizan datos en tiempo real de la instrumentación de campo para llevar a cabo la detección de fugas. Estas señales incluyen, pero no se limitan a: flujo, presión, densidad, temperatura, estado de la válvula / bomba / raspador, puntos de ajuste y puntos de control de ducto. Los sistemas de detección de fugas realizan cálculos en cada escaneo y luego devuelven los resultados a un servidor de datos designado. Las salidas pueden ser procesadas y proporcionadas al personal apropiado. Un protocolo de comunicación típico utilizado para abastecer al sistema de detección de fugas con los datos del ducto en tiempo real es el OPC. OPC es un estándar de software desarrollado específicamente para aplicaciones de control de procesos. Un servicio OPC se configura como un cliente/servidor OPC para establecer una conexión entre la fuente de datos OPC a los datos del ducto y al servicio del sistema de detección de fugas. Las entradas se definen a la vez que etiquetas de campo son puestas a disposición del servidor OPC del cliente y estas entradas son utilizadas por el sistema de detección de fugas. Las salidas también se definen en el servidor OPC del cliente y los resultados del sistema de detección de fugas son enviados para ser presentados al operador del ducto. Las salidas incluyen señales, como watchdogs, alarmas de fuga, estimaciones de localización de fuga, tasa de fuga, volumen de fuga, entre otros. Estas etiquetas de información posteriormente son leídas por el sistema SCADA del cliente se presentan a los operadores de ductos. El estado de la comunicación de datos entre el SDF y el sistema SCADA se monitorea examinando las etiquetas de los watchdogs de cada sistema. Un watchdog es una etiqueta de actualización continua que debe analizarse cada escaneo. Cada servidor OPC que envía o recibe datos del SDF también debe proporcionar una etiqueta de un watchdog al SDF que se actualiza cada escaneo. El SDF usará las siguientes etiquetas para determinar el estado de la comunicación entre los sistemas. En caso de la etiqueta del watchdog no se actualice después de cierto período de tiempo, las comunicaciones se consideran de mala calidad. Del mismo modo, el SDF proporciona una etiqueta watchdog como una salida a los servidores OPC del cliente para el envío y recepción de datos. Estos watchdogs deben ser monitoreados. En el caso de que estas etiquetas watchdog del SDF no se actualicen en un plazo determinado, podrían tratarse de un problema de comunicación o fallo de aplicación, y el operador debe ser informado.

Recolección de datos por medio de equipos de adquisición de datos propietarios Sistemas de detección de datos que recolectan datos por medios de equipos de adquisición de datos propietarios como por ejemplo sistema basados en ondas de presión negativa no toma datos de campo del sistema de control, sino a directamente de la instrumentación en campo a través de las unidades de adquisición de datos propietaria. La interfaz con el sistema de control © Copyright Atmos International 2016.


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se limita a la información de salida del SDF, transferencia de alarmas, ubicaciones de las fugas y tamaños de fugas al servidor OPC del cliente o la interface de un tercero lo cual permitirá el despliegue de la información al controlador del ducto por medio del sistema de control del cliente.

Muestreo Recolección de datos por medio del sistema de control Los sistemas de detección de fugas son a menudo configurados para probar los instrumentos de campo de un ducto a una tasa fija. Las frecuencias de muestreo típicas varían entre 5 y 30 segundos, aunque esto depende directamente de la velocidad a la que se transfieren los datos y a la rapidez con la que esta es puesta a disposición por el sistema de comunicación. Las tasas de muestreo no sólo son importantes para permitir la l a detección de una fuga en un plazo de tiempo sensible, sino también tam bién para poder determinar una estimación estima ción en cuanto a la ubicación de la propia fuga.

Recolección de datos por medio de equipos de adquisición de datos propietarios Típicamente estos sistemas procesan datos a una alta frecuencia, por ejemplo de 60 Hz, recolectando datos de las mediciones de presión a través de los equipos de adquisición de datos que recolectan datos a una alta tasa de muestro por ejemplo cada 16 milisegundos. En tener una tasa de muestreo menor puede afectar la precisión de la localización de la fuga y, posiblemente, la detección global de la fuga.

Digitalización Tenga en cuenta que SCADA y el sistema de telecomunicaciones pueden reducir la resolución de la medición si los convertidores de analógico a digital (AD) no se seleccionan correctamente, o si la banda muerta comunicación es más alta que la repetibilidad del instrumento. Para mantener un nivel de alta resolución, se recomienda el uso de 15 bits (es decir, 15 bits de datos reales) o convertidores AD superior y la banda muerta es 0%.

Validación de datos Las lecturas de instrumentación instrumentació n se revisan para comprobar su validez. Si no son válidas, se marca una falta de datos. Fallas de datos típicos incluyen lecturas de los instrumentos fuera del alcance y estancados. Esta validación de datos es una parte importante de cualquier sistema de detección de fugas: lecturas defectuosas pueden ser fácilmente diagnosticadas erróneamente como una fuga, lo que implica falsas alarmas. Un evento puede ser resaltado para informar a los operadores/controladores de ductos sobre cuestiones relativas a la instrumentación de vital importancia para el SDF.

Revisión del rango Se espera que el servidor OPC del SDF compruebe que los datos estén dentro del rango de diseño de los instrumentos o dentro de la gama de operacional del ducto. Datos fuera de rango © Copyright Atmos International 2016.


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de indican un error de instrumentación o cableado. Un evento de sistema también puede ser emitido por un medidor defectuoso.

Revisión de datos estancados Se espera que el servidor OPC del SDF compruebe si una lectura del instrumento se ha estancado, (es decir, no ha cambiado a lo largo de un período de tiempo determinado). Si un evento de “Datos Estancados" ocurre, indicaría un posible fallo de un sensor o telemetría. Un evento de sistema también puede ser emitido por un medidor defectuoso.



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Solución Pipeline Guardian Pipeline Guardian ofrece una solución alterna al usuario utilizando diferentes métodos de software y hardware para sobrepasar los problemas típicos tanto de la selección de la tecnología, como la de la instrumentación y comunicación. Los componentes de este sistema están diseñados para una instalación simple en cualquier lugar donde se necesite una detección de fugas sensible: •

Instalación en ductos cortos interconectando refinerías y terminales de tanques,

•

Cruces de ríos

•

Áreas de alta consecuencias (HCA)

•

Cualquier ubicación sin importan cuán remota

•

Rápido tiempo de detección

•

Alta sensibilidad

•

Precisa ubicación de la fuga

•

Fácil Instalación Instalació n a cualquier tipo ducto

Métodos de Detección Esta solución ofrece una gama completa de software utilizando métodos múltiples de detección, algunos de ellos cubiertos bajo el Atmos Wave Flow: Ruptura

•

•

Onda de presión negativa

•

Balance de flujo inteligente

•

Análisis de modelo dinámico (DMA)

•

Correlación Correlació n de ruido acústico

Hardware El Pipeline Guardian ofrece sobrepasar la limitación lim itación que tienen los sistemas de detección de fugas tradicionales sobre la incertidumbre de la medición de la instrumentación convencional y la falta de la misma en ubicaciones esenciales, así como la falta de infraestructura para la instalación y comunicación de la misma. El hardware del Pipeline Guardian ofrece un panel de control principal inteligente formado de cuatro módulos principales: medición, recolección, análisis, y comunicación.



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Figura 12. Hardware del panel de control principal del Pipeline Guardian

Medición Pipeline Guardian utiliza tres tipos de sensores para medir las señales necesarias para la detección de fugas: Medidores de flujo de abrazadera

Los flujometros de abrazadera son mucho más fáciles y económicos de instalar, sin embargo, su limitada precisión los hace inadecuados para usar en un sistema tradicional de detección de fugas. El software de Atmos está diseñado para lograr una alta sensibilidad con estos flujomet flujometros ros de abrazadera de bajo costo, y son personalizados a la solución de detección de fugas de Atmos, reduciendo los costos de equipo, gastos de instalación y costos de mantenimiento sin dejar de ofrecer detección de fugas de primera clase. Sensores de Presión

Sensores de alta resolución y de bajo costo son seleccionados especialmente para la detección de fugas y captar los más pequeños cambios de presión. Sensores Acústicos

Permiten la correlación de ruido acústico para detectar una fuga mediante la correlación del ruido que hace el fluido cuando abandona el ducto.

Recolección y almacenamiento de Datos La unidad de hardware contiene un módulo de almacenamiento de datos incorporado donde son guardados a todo momento, incluyendo durante largas interrupciones de la comunicación. Estos datos pueden ser procesados de manera local o remota. Cuando se procesan de manera local, únicamente la información relevante a la fuga son enviadas al usuario. Mientras que el procesamiento remoto, requiere envi ar las señales ‘crudas’ por medio del sistema de comunicación al módulo de procesamiento externo, el cual requiere una mayor ‘banda’ de

transmisión.



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Comunicación Pipeline Guardian ofrece cuatro sistemas de bajo costo de comunicación. Red 3G VPN

Una red de telefonía celular puede ser utilizada para enviar los datos necesarios a un sitio de almacenamiento de datos local, desde donde pueden ser accedidos por el usuario.

Figura 13. Ejemplo de comunicación de red 3G VPN

Radios de línea de visión

Una red de radio usando tecnología de visión directa puede ser utilizada para enviar los datos necesarios entre los módulos de hardware, donde son recopilados y enviados a un sitio de almacenamiento de datos local, desde donde pueden ser accedidos por el usuario.

Figura 14. Ejemplo de comunicación de Radios de línea de visión

TCP/IP

En situaciones donde el hardware es instalado en ubicaciones equipadas con infrastructura de comunicación, el hardware de pipeline guardian puede ser conectado por medio del puerto TCP/IP para enviar la informacion al centro de procesamiento donde es accedida por el usuario.

Figura 15. Ejemplo de comunicación de TCP/IP

Enlace ascendente a satélite

En aquellos casos donde ninguna de las anteriores sea posible, existe la posibilidad de establecer una conexión satelital desde el hardware del pipeline guardian, y enviar las senales ya procesadas de alarma de fugas, y desde donde son re-emitidas al centro de control del usuario.



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Figura 16. Ejemplo de comunicación de Enlace ascendente a satélite

Paneles Solares En casos donde no existe ningún tipo de infraestructura, las unidades de hardware del Pipeline Guardian pueden ser equipadas con paneles solares específicamente diseñados para generar suficiente energía para cada uno de los componentes utilizados por la unidad. El diseño compacto contra todo tipo de terreno hace que su instalación sea simple en cualquier ubicación a lo largo del ducto.

Figura 17. Instalación de panel solar en ubicación remota sin infraestructura eléctrica



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Conclusión Atmos Pipeline Guardian es una solución que utiliza diferentes métodos de detección de fuga, junto a un diseño de hardware que puede ser utilizado utilizado para diferentes configuraciones configuraciones e instalaciones de ductos, independiente de complejidad de la operación, la disponibilidad o exactitud de instrumentos, o los sistemas de comunicaciones existentes, manteniendo una sensibilidad y exactitud de la ubicación de cualquier fuga.

Figura 18. Atmos Pipeline Guardian



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Ejemplos Prácticos

Analizando una alarma de fuga 

Se emite una alarma de fuga



Alarma de fuga llega





Se evalúa la lista de alarmas del SCADA/DCS para ver si un evento en el sistema fue recientemente dado por el sistema de detección de fugas En caso afirmativo, investigar y ver si el evento del sistema está notificando de un problema que podría causar la alarma de fuga (por ejemplo medidor flujo de salida detenido y medidor de flujo en la entrada aumentando, medidor de salida no puede elevarse respectivamente entonces la diferencia de flujo mayor a lo usual provoca una alarma de fuga)



En caso afirmativo, la alarma podría ser explicable



En caso negativo, entonces se continúa evaluando la causa de la alarma de fuga



Se revisan los valores de presión y de flujo ahora y ver si parecen normales





Se revisa la tendencia del lambda para ver lo qué estaba pasando con los flujos y presiones en la línea en el momento que empezaron a levantarse de su valor normal de menos siete (7) ¿Sucedió algo operacionalmente en este momento? o

Lanzamiento de un raspador

o

Recibimiento de un raspador

o

Llenado de un recibidor o lanzador del raspador

o

Cambio operacional en la bomba

o

Punto adicional de abastecimiento del ducto entrando o saliendo de operación

o

Cambio de densidad en la entrada/salida entrada/sali da o estación de bombeo en la línea

o

Válvula de alivio activada

o

o





Mantenimiento de un instrumento conectado al Sistema de Detección de Fugas (verificación del cero en instrumentos de presión) Cambio del factor de flujo en el medidor de flujo

En caso afirmativo, la alarma puede ser explicable Si no hay nada fuera de lo normal, ¿cómo estaban las presiones y flujos en el momento en que el lambda se elevó? o

¿Es el flujo en la entrada mayor que el normal, se elevó en ese momento?

o

¿Cayó el flujo de salida en ese momento?

o

¿Hubo alguna caída de presión en ese momento?



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

En caso afirmativo, la alarma puede ser real



En caso negativo, se continúa la investigación investigaci ón



Cambios en el flujo y presión pueden ser muy bajos para ser determinados a simple vista o no puede ser identificados claramente del ruido normal del ducto La alarma todavía puede ser real si la causa no es obvia y el conocimiento operacional y o la experiencia no pueden determinar la razón por la cual las lambdas incrementaron.

NOTA: Para que el árbol de decisiones de la figura a continuación pueda ser usado, se asume que el s istema se sintonizó y ya está en marcha, y con una sensibilidad según la acordada entre el cliente y Atmos. Esto significa que el sistema ha sido optimizado basado en el rendimiento del medidor de flujo actual d el ducto.



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Alarma de fuga en el SCADA

¿Dicho evento del sistema provocó la alarma?

Un evento del sistema es elevado si un instrumento "vital" tiene un problema * Medidor de flujo de salida pegado/congelado * Medidor de flujo de entrada pegado/congelado * Pérdida de comunicaciones en una estación

SI ¿Eventos del sistema? NO

SI Confirmar como alarma de fuga ‘explicable’

¿Dicho evento operacional provocó la alarma?

¿Operaciones inusuales al momento de l ambda aumentar? * Lanzamiento raspador * Recibo raspador * Recarga de receptor / lanzador * Inversión de la bomba * Empieza entrega o inyección adicional * Cambio de densidad en entrada/salida o estación de bombeo * Válvula de alivio se activa * Mantenimiento del instrumento, por ejemplo comprobación del cero en sensor de presión * Cambio del factor de flujo en la medición de flujo * Instrumento vital comportándose de manera ruidosa o errática

SI

¿Operaciones inusuales al momento que lambdas comienzan a subir? NO

SI Confirmar como alarma de fuga ‘explicable’

¿Dicho evento puede verse en este momento?

Usar experiencia operacional para entender por qué lambda aumentó * Flujo de entrada aumenta si ninguna razón conocida * Flujo de salida decrece sin ninguna razón conocida * Mediciones de presión decrecen sin ninguna razón conocida

SI

¿Se ven respuestas de flujos y presiones al momento que lambda aumenta?

NO SI Alarma de fuga parece ser real

Cambios de flujo y presión pueden ser muy pequeños para ser vistos a simple vista o no pueden ser claramente identificados del ruido normal del ducto

Alarma de fuga parece ser real

Revisar Manual de Operaciones (del cliente) para procedimiento de qué hacer cuando una fuga ocurre en el ducto

Figura 19: Ejemplo del árbol de decisiones para un análisis de alarma Fuga



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Normativa Norma tiva internacional La siguiente sección hará un resumen de algunos de los puntos importantes de normativas internacionales enfocadas a detección de fugas.

API 1155 (Evaluat (Eval uat io n Metho Met ho do l og y for f or Sof Softw tw are Based B ased Leak Detec Detecti ti on Systems. 1ra Edición (Febrero 1995) La API 1155 define una metodología uniforme la cual podría ser utilizada por compañías de transporte de ductos para ayudarles durante el proceso de la evaluación de los diferentes sistemas de detección de fuga basados en software. Esta norma fue remplazada por la API RP 1130.

API 1130 (Compu (Com pu tat i on al Pi pel pelii ne Moni Mo ni to ri ng (CPM) for Li qu quii d Pipelines) La API 1130 es una práctica recomendada que se enfoca en el diseño, implementación, prueba y operación de sistemas de detección de fugas que utilizan métodos computacionales o métodos internos – basados en instrumentación. Si bien dicha normativa es aplicable a ductos de líquidos, muchas veces puede usarse como referencia a ductos de gases. Monitoreo Computacional de Ductos (CPM) •

•

Monitoreo Computacional de Ductos (CPM) es un término que fue desarrollado por el API para referirse a herramientas de monitoreo algorítmicas basadas en software que se utilizan para mejorar las habilidades de un operador de ductos para reconocer anomalías hidráulicas en un ducto. Estas anomalías pueden ser indicativos de una fuga en el ducto o liberación de productos. La detección de fugas en ductos se puede lograr mediante una variedad de técnicas como: patrullaje aérea/terrestre de la línea; informes de terceros; inspecciones realizadas por personal de la empresa; sensores de detección de hidrocarburos; monitoreo del SCADA de las condiciones de ductos mediante operadores de ductos; y monitoreo basados en software.

Se establecen los siguientes requisitos: •

•

Un operador de ducto debe tener un medio para detectar fugas en su sistema de ductos para proteger las zonas de alta consecuencia. El operador de ducto debe evaluar la capacidad de los medios de detección de fugas y modificarlo si es necesario para proporcionar un nivel suficiente de protección (es decir, el CPM puede ser ajustado para tener en cuenta el modo de operación o las características del segmento de ducto incluyendo en estático).



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•

•

•

Esta publicación fue escrita teniendo en cuenta ductos de líquidos de una sola fase. Sin embargo muchos de los principios se aplican a cualquier tipo de ducto y producto. Operación de línea con slack crea incertidumbres en la presión y el flujo. Para estas condiciones de operación, el usuario tendrá que considerar cuidadosamente que partes del API 1130 aplican y cuáles no. Se reconoce que no hay una metodología CPM en particular o tecnología que pueda ser aplicable a todos los ductos, ya que cada sistema de ductos es único en diseño y operación Este documento es una guía que será útil en el tratamiento de los requisitos reglamentarios, pero no pretende ser exhaustiva al respecto. El operador de ducto debe comprender a fondo los reglamentos y trabajar con los reguladores y sus agentes para satisfacer todos los requisitos relacionados y mantener la seguridad del ducto.

Tecnologías de detección

Los sistemas de CPM presentan al operador de ductos los datos de campo y la información calculada para evaluar y tomar las medidas oportunas. El grado de complejidad en el procesamiento de datos de campo varía de comparaciones simples de un parámetro en particular en relación con un límite de umbral a más extensos análisis anális is de múltiples parámetros parámet ros con umbrales dinámicos. Todos los algoritmos de CPM se basan en ciertas suposiciones de diseño e implementación de: •

•

Compensar operaciones del ducto y/o incertidumbres incertidumbr es durante la configuración Llegar a un compromiso aceptable entre la precisión y la velocidad de la solución

Sistemas de detecció n de Fuga basado basado externamente

Esta publicación no tiene en cuenta los sistemas de detección de fuga basados externamente (a menudo llamados detectores de fugas) que operan en el principio la detección física noalgorítmica de una liberación de producto. En estos sistemas, el detector local envía una señal de alarma al centro de control para la visualización y la anunciación. Aplicaciones basadas externamente están excluidos de la discusión del CPM, ya que no cumplen con el requisito de llevar a cabo el cálculo de los parámetros de campo para inferir una alerta de liberación de producto. Los tipos comunes de sistemas o dispositivos basados externamente son: cables de fibra óptica de detección de hidrocarburos, cables dieléctricos de detección de hidrocarburos, detectores de emisiones acústicas, sensores de hidrocarburos. Sistemas de Detecci Detecci ón de Fuga Basado Internamente

Sistemas CPM que se basan internamente, utilizan datos de la instrumentación en campo que monitorean parámetros internos de ductos. La aplicación particular puede utilizar todos o algunos de los datos medidos, tales como: presión, temperatura, viscosidad, densidad, flujo, velocidad sónica del producto, y la ubicación interfaz del producto. Estas entradas se utilizan para inferir una alerta de liberación de producto computacionalmente. Selección de Tecnología



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Cada metodología CPM contiene diferentes combinaciones de características con diferentes grados de capacidad y sofisticación. El rendimiento de sistemas CPM depende de la interrelación de muchos factores, tales como: capacidad de medición, confiabilidad comunicaciones, condiciones de funcionamiento del ducto, y el tipo de producto. En circunstancias apropiadas, la detección de liberación de los productos se beneficiará mediante el empleo de múltiples técnicas CPM o solicitudes de validación o redundancia. Hay muchas características deseables en un sistema de detección de fugas, algunas más importantes que otras para los operadores específicos, como por ejemplo: alta sensibilidad, estar disponible durante todas las condiciones de operación, requerir mínimo mantenimiento y sintonización, poder ser configurable a redes complejas, operar en todos los productos, identificar tasa de fuga, minimizar número de falsas alarmas, proporcionar varias alarmas/eventos, habilidad de auto prueba sin afectar el rendimiento, y muchas más. Los siguientes parámetros clasifican y describen el rendimiento para la selección de la tecnología:

•

•

•

•

Confiabilidad Sensibilidad Precisión Robustez

Confiabilidad

Se define como una medida de la capacidad del CPM para hacer decisiones acertadas acerca de la posible existencia de una fuga en el ducto mientras se opera dentro de una estructura establecido por el diseño del CPM. Un sistema se considera más confiable si detecta constantemente fugas reales sin generar declaraciones incorrectas. Sensibilidad

Se define como una medida compuesta del tamaño de una fuga que un sistema es capaz de detectar y el tiempo requerido para el sistema para emitir una alarma en el caso de que debería producirse una fuga de ese tamaño. Precisión

La validez de los parámetros de fugas tales como caudal de fugas, el volumen total perdido, tipo de perdida de líquidos y ubicación de fugas son indicaciones indicaci ones de la precisión del CPM. Por ejemplo, ejempl o, la característica "exactitud de la ubicación de la fuga" sería una consideración de precisión. Robustez

Se define como una medida de la capacidad del CPM para seguir funcionando y proporcionar información útil incluso bajo las condiciones cambiantes del ducto (es decir, los transitorios) o en condiciones donde los datos se pierden o son sospechosos. Un sistema se considera robusto si continúa funcionando bajo condiciones menos que ideales. Por ejemplo, la característica de “Ser

mínimamente afectado por las interrupciones de comunicación o por fallos de datos, sin embargo



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proporcionar alarmas ala rmas basado en un modo degradado de funcionamiento" sería una consideración de robustez. Infraestructura para un CPM

Un CPM no es un sistema independiente. Depende de la instrumentación de campo, comunicaciones, y puede depender de la infraestructura del SCADA como fuente de datos y un medio para transmitir la información informaci ón al controlador (por ejemplo, la presentación de datos del CPM y el paso de las alarmas del CPM). Sistemas Sistema s CPM utilizan los datos en tiempo real y pueden tener otras interacciones de dependencia si el CPM está vinculado a un histórico de datos. Instrumentación de campo

Diferentes aplicaciones CPM pueden requerir tipos específicos de instrumentación y medición de los niveles de rendimiento. Por lo tanto, los costos de instrumentación y medición pueden variar de manera significativa en cada método. Algunas metodologías pueden necesitar instrumentación especializada y medición que sólo es utilizado por el CPM. Sin embargo es importante notar que el sistema será afectado por el sistema de instrumentación y su rendimiento. Comunicaciones

Un buen sistema de comunicaciones debe estar presente, fallos en comunicación pueden afectar a la calidad y rapidez de los datos requeridos por el sistema CPM, así como el rendimiento del sistema CPM. SCADA

En general, los sistemas de CPM utilizan datos recogidos por el sistema SCADA, pero algunos sistemas pueden recopilar datos de forma independiente. Los sistemas automatizados de CPM pueden ser interconectados bi-direccionalmente con el sistema SCADA para recibir datos del ducto cuando esté disponible y para proporcionar datos a SCADA o devolver las condiciones de alarma al sistema SCADA para las utilidades de gestión de alarmas. Transferencia automática de los datos hace posible para el sistema CPM analizar los datos a una velocidad mucho más rápida. Tal automatización requiere que todos los datos necesarios están disponible desde el sistema SCADA o de otras fuentes. La calidad de los datos sin duda también es un factor que afectaría al sistema CPM. Operación, mantenim iento y p rueba de un CPM

Para una correcta credibilidad del sistema, sist ema, debe haber una baja tasa de falsas alarmas. El objetivo objeti vo del diseño de un CPM es maximizar la sensibilidad mientras que se minimiza la ocurrencia de falsas alarmas. Es de importancia la prueba del sistema CPM durante su comisionamiento. El probar correctamente el sistema garantiza que el CPM alarmará cuando una fuga ocurra. Para estas pruebas se espera se realice una fuga real o simulada, simul ada, algunos de los métodos para realizar estas pruebas son: •

Remover cantidades de producto de la línea



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•

•

Editar parámetros dentro del CPM o SCADA para simular una pérdida de producto Alterar salidas de instrumentación instrumentaci ón para representar valores de pérdida de producto

Se considera importante realizar pruebas cada cierto tiempo, por ejemplo cada 5 años, para garantizar que el sistema siga operando en su rendimiento óptimo. Además se considera importante realizar mantenimiento estándar al sistema para garantizar su funcionalidad, para lo cual se puede realizar una verificación del sistema también después del mantenimiento.

API 1149 (Pip eli ne Vari Var i abl able e Uncert Unc ert ain ti es and a nd Thei Theirr Effec Ef fec ts on Leak Detectability) La API 1149 es un reporte técnico que describe procedimientos para predecir incertidumbres en la detección de fugas utilizando métodos computacionales (CPM). Se sabe que un gran número de factores contribuyen a la eficacia de los CPM y es esencial entender la incertidumbre en la predicción hecha por el algoritmo CPM con respecto a la existencia o ausencia de fugas. Esta sección no tiene como intención el exponer las fórmulas y cálculos de la norma, sino hacer un resumen de su alcance. Es importante tener en cuenta que esto es una manera teórica de calcular las incertidumbres, en la realidad, hay parámetros prácticos que no pueden ser medidos y que no se toman en consideración por lo que el rendimiento real típicamente va a diferir de los valores calculados. Sin embargo podría ser un buen punto de partida en caso de no saber que valores típicos se pueden esperar de un sistema de detección de fugas. Introducció n y g ene eneralidade ralidades s

En términos generales, está diseñado para ductos de petróleo crudo y productos refinados. También se centra en (y al mismo tiempo discutir otras cuestiones auxiliares) ductos lineales y en el método de balance de masa, particularmente bajo condiciones de estado estable. La incertidumbre de las técnicas de localización de fugas no está dentro del alcance de este documento Además, algunos filtros se utilizan a menudo para pre-procesar los datos de medición, y en ocasiones se utilizan para post-proceso de las mediciones. Técnicas de filtrado no están dentro del alcance de este documento. Sin embargo, existe una discusión de cómo afectan el procedimiento general evaluación de la incertidumbre. Potencial de detección de fugas

Durante un intervalo de tiempo, la masa de productos que entra al ducto puede no ser igual a la masa que ha salidos. La diferencia se debe a las incertidumbres en las mediciones de flujo y en cambio empaquetamiento. Una fuga se vuelve detectable cuando el volumen de fuga supera la suma de incertidumbres en las mediciones de flujo y en el cambio empaquetamiento.



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La normativa establece un procedimiento para establecer los potenciales de detección del sistema, lo cual incluye los siguientes puntos. •

•

•

•

•

•

•

•

•

Se recopila datos del ducto, el fluido, escenarios operaciones, etc. Se obtiene la tasa de cambio del empaquetamiento con la presión Se obtiene la tasa de cambio del empaquetamiento con la temperatura Se obtiene la tasa de cambio del empaquetamiento con factores de ingeniería Se calcula la incertidumbre del empaquetamiento debido a la incertidumbre de presión, temperatura y factores de ingeniería Se consideran múltiples segmentos de ductos Se calcula la incertidumbre del cambio del empaquetamiento empaquetamiento durante una ventana de tiempo El cálculo se realiza varias veces usando diferentes entradas potenciales y factores de ingeniería. Cada vez que se realiza el análisis una nueva métrica es producida y estadísticas son creadas. La métrica se compara contra un umbral. Se establece las incertidumbres incertidumbr es total en las alarmas del sistema de detección detección de fugas como un todo y se establece el potencial de detección de fugas (tasa de fugas vs tiempo de detección)

API 1175 (Pip eli ne Leak L eak Detect Det ectii on Pro Progr gr am Managem Man agement ent)) La API 1175 es una práctica recomendada para proporcionar guía a los operadores de ductos en desarrollar y mantener un programa de detección de fugas además de estimular a los operadores de ductos a "ir más allá". En esta norma no hablamos de sistemas de detección de fugas sino de programas de detección de fugas, lo cual involucra una participación activa de todas las partes para el correcto funcionamiento de dicho programa. Introducción

La finalidad de la norma es proporcionar a los operadores de ductos una guía mejorada sobre la selección de los sistemas de detección de fugas utilizando un enfoque basado en el riesgo y en el establecimiento de medidas de rendimiento de las capacidades únicas de SDF a cada. Especialmente a ductos que son jurisdicción del Departamento de Transporte de los EEUU. Sin embargo muchas de las recomendaciones podrían ser aplicables a cualquier ducto en el mundo. Entre los elementos que se excluyen en dicha norma se encuentra: •

•

•

•

•

Diseño técnico detallado de SDF. Diseño de sistemas SCADA. Medidas de rendimiento específico. Respuesta en campo. Entre otros.



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Programa de detección de fugas

Se describen algunos de los componentes principales para un programa de detección de fugas: La cultura y la estrategia de detección de fugas Un sistema de detección de fugas no incluye solo tecnología, sino al personal. Es importante que todos estén comprometidos al sistema y a su éxito. Es importante establecer las metas y pasos a seguir La selección de los métodos de detección de fugas •

•

Un correcto proceso de selección debe ser llevado a cabo para seleccionar el mejor sistema según las condiciones y lo que se requiere. Por ejemplo tomando en cuenta análisis de riesgo, regulaciones, instrumentación, requerimientos, antecedentes, entre otros. Objetivos de rendimiento, mediciones e indicadores •

Establecer metas de rendimiento realistas y medir tales metas para asegurar su cumplimiento. Pruebas del sistema •

Dentro de un programa debe de considerarse no solo pruebas iniciales, sino pruebas periódicas también. Procedimientos para el reconocimiento y respuesta •

Un correcto procedimiento para analizar y reconocer una sospecha de fuga debe ser creado, al igual que un procedimiento de acción una vez que esta es confirmada. Reporte y documentación del mismo es importante también. Gestión de alarmas •

Se busca incrementar la confiabilidad de las alarmas y a la vez mantener el rendimiento del SDF. Funciones, responsabilidades y entrenamiento •

Para un correcto programa se debe de definir con claridad el personal clave, interna y externamente, del SDF para poder definir con detalle sus posiciones. Comunicación constante entre el personal es clave. Un correcto programa de entrenamiento debe de ser puesto en marcha que sea específico al rol del personal. Determinar la frecuencia y duración de este entrenamiento también es clave. Mantenimiento del equipo •

•

Se deben de establecer políticas de mantenimiento tanto del software como del equipo de detección de fugas. Lo incluye por ejemplo, instrumentación, válvulas, sistemas de comunicaciones, unidades de adquisición de datos, sistema de control, computador, software, entre otros. Evaluación del desempeño general del programa •

Indicadores para evaluar el rendimiento general anual del programa de detección de fugas deben establecerse. Proceso de mejora •



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•

Un proceso de mejora continua es importante como parte del programa programa y debe ser parte de la estrategia. Sugerencias para par a la mejora y el cómo implementar deben de ser definidas en esta sección. Típicamente esto se realiza por medio de la revisión de los indicadores.

API/A OPL Whi API/AOPL Wh i te Paper Pap er 12 (Liqu (Li qu i d Pipel Pi pel i ne Rupt Ru pt ur e Recogn Reco gnii t i on and Response, Agosto 2014) Algunos incidentes de rupturas de ductos de transporte de líquido de alto perfil han resaltado el hecho que los operadores de estos ductos pueden mejorar su manera de reconocer y responder a una pérdida de alto caudal de una manera más consistente. Los inversionistas siguen esperando por sistemas de monitoreo de ductos que estén enfocados en Ruptura, y que sus procedimientos operacionales sean robustos y se adhieran a una cultura de ‘ Pensar en Ruptura ’ a lo largo de la organización operacional. Este documento provee una guía a operadores para asegurar su pronta y consistente consistent e detección y respuesta ante una Ruptura. La guía está basada en una composición de prácticas y conocimiento conocimient o compartido en herramientas de rupturas y técnicas utilizadas a lo largo de la industria de ductos de transporte. Este documento provee una visión general de los conceptos a considerar en la detección y respuesta ante una Ruptura.

API RP1168 (Pipeli (Pip eli ne Cont Co nt ro l Ro om Manag Managemen ementt . 2da Edi Ed i c i ón (2015)) Esta recomendación práctica provee una guía para operadores, y controladores de ductos de transporte con la mejor recomendación practica a considerar por la gerencia de sala de control durante el diseño o proceso de mejoras, procedimientos, y entrenamientos. Este documento se enfoca en los elementos de seguridad para la sala de control de ductos de alto peligro pelig ro en el sector de transporte y distribución de líquidos y gas natural: Funciones de personal, autoridades, y responsabilidades Directrices Directri ces de responsabilidad para cambios de turno Mitigación de fatiga Cambio Gerencial Entrenamiento Experiencia Operativa La carga de trabajo del Controlador

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Bibliografía API Publication 1149. Pipeline Variable Uncertainties and Their Effects on Leak Detection Sensitivity. September 2015. API Recommended Practice 1130. Computational Pipeline Monitoring for Liquids . September 2007. API Recommended Practice 1175. Pipeline Leak Detection Program Management . 2015. Shaw D., et al. Leak Detection Study – DTPH56-11-D-000001. U.S. Department of Transportation, Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration , Final Report , n. 12-173, December 2012. Twomey M., Jimenez A. IBP1195_15: Detecting Ruptures, Product Theft and Leaks in Every Conditions Requires Different Technologies . September 2015. Zhang J., et al. PSIG1303: Review of Pipeline Leak Detection Technologies . April 2013. Twomey, M: Six Standards that affect your pipeline leak detection program. https://atmosi.com/blog/posts/summary-of-the-key-standards-that-affect-pipeline-operators/. April 2016



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Atm os I nter nati onal

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Sobre Atmos International International

Atmos International (Atmos) proporciona detección de fugas en ductos y tecnología de simulación simul ación para las industrias del petróleo, gas, agua y asociados. La compañía fue fundada en 1995 en el Reino Unido por la inventora del sistema estadístico de detección de fugas en ductos - Atmos Pipe, ahora uno de la serie de soluciones de detección de fugas de Atmos. Estas tecnologías son implementadas en cientos de ductos en más de 50 países, incluyendo las principales compañías de petróleo y gas como Shell, BP, ExxonMobil y Total. Con oficinas asociadas en EE.UU., China, Rusia, Singapur y Costa Rica, y agentes locales en 28 países, el equipo multi-cultural y multilingüe, puede proporcionar un apoyo eficaz en todo el mundo. www.atmosi.com

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Atmos - Manual de Entrenamiento en Detección de Fugas en Ductos

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