Estaciones de bombeo

ESTACIONES DE BOMBEO TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN Próposi Próp ositos tos del Mód Módulo ulo ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ 1 SECCIÓN 1 - PASO DEL LÍQUIDO A TRAVÉS DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO Introduc Intr oducció ciónn ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ 2 Fundame Fund amentos ntos de las est estaci acione oness de de bombe bombeoo ____ ________ ________ ________ ________ ________ _______ _____ __ 3 Estaci Est ación ón de Succió Succión, n, Descar Descarga ga y Válvula Válvulass de Desviac Desviación______ ión__________ ________ ________ ____ 4 Dispos Dis positi itivos vos Aut Automát omáticos icos de Mues Muestre treoo ____ ________ _______ _______ ________ ________ ________ _______ _____ __ 8 Fosaa de Que Fos Quemado madorr ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ____ 11 Rutass a través de las Ruta las Unidade Unidadess de Bombeo ____ ________ _______ _______ ________ ________ ________ ______ __ 13 Control de Presión Presión y Desca Descarga rga de Líquido Líquido ________ _________________ __________________ _____________ ____ 13 Desviación Desvia ción en PCV__________ PCV__________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___ 16 Repaso 1 _________ __________________ _________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___ 19 SECCIÓN - 2 UNIDAD DE BOMBEO Introduc Intr oducció ciónn ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ La válvula válvula de la la Bomba Bomba de Succión Succión _________ _________________ _________________ __________________ _________ Bombas de Línea Princi Principal pal _________ __________________ _________________ _________________ _______________ ______ Motores Eléctr Eléctricos icos ________ _________________ __________________ __________________ _________________ _____________ _____ Motor de Frecuencia Frecuencia Variabl Variable___________ e___________________ _________________ __________________ ____________ ___ Válvulaa de la Bomba de Desca Válvul Descarga rga ________ _________________ __________________ _________________ __________ __ Configuraciónes Configur aciónes de Bombas en Serie y Paralel Paraleloo _________ __________________ ________________ _______ Configuración Configur ación de Bombas en Parale Paralelo lo ________ _________________ __________________ ________________ _______ Repaso 2 _________ __________________ _________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___

23 24 24 25 26 27 28 31 33

SECCIÓN 3 - SISTEMAS AUXILIARES Y DE SEGURIDAD SEGURIDAD Introduc Intr oducció ciónn ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ Sistem Sis temaa de Sum Sumide idero ro ___ _______ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ _______ _______ ________ ____ Abastecimie Abaste cimiento nto Eléct Eléctrico rico ________ _________________ _________________ _________________ __________________ _________ Protecciones Protec ciones más más Importantes Importantes en una Estación Estación de Bombeo_______ Bombeo________________ ___________ Detectores Detect ores de Fuego _________ __________________ _________________ _________________ __________________ ____________ ___ Detectores Detect ores de Gas ________ _________________ _________________ _________________ __________________ _______________ ______ Repaso 3 _________ __________________ _________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___

36 37 38 40 42 42 43

SECCIÓN - 4 SISTEMA DE CONTROL Introduc Intr oducció ciónn ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ Sistema Siste ma SCADA________________ SCADA_________________________ __________________ _________________ ________________ ________ Límite Lím itess de Seg Segurid uridad ad de Pre Presió siónn ____ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ _______ _____ __ Repaso 4 _________ __________________ _________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___

47 49 53 55

__________________ _________________ _________________ __________________ __________________ ____________ ___ 57 RESUMEN _________ GLOSARIO ________ _________________ __________________ __________________ _________________ _________________ ___________ __ 60 RESPUESTAS ________ _________________ __________________ __________________ _________________ _________________ ___________ __ 64

ATENCION El personal de operaciones usa tecnología para alcanzar metas específicas.. Un objetivo clave del programa de entrenamiento es específicas promover la comprensión de la tecnología que el personal operativo, usa en su trabajo diario. Este programa de entrenamiento refuerza refuerz a la relacion trabajo-habilidades mediante el suministro de información adecuada de tal manera que los empleados de oleoductos la puedan aplicar inmediatamente. La información contenida en los módulos es teórica. El fundamento de la información básica facilita el entendimiento de la tecnología y sus aplicaciones en el contexto de un sistema de oleoducto. Todos los esfuerzos se han encaminado para que reflejen los principios científicos puros en el programa de entrenamiento. Sin embargo en algunos casos la teoría riñe con la realidad de la operación diaria. La utilidad para los operadores de oleoductos es nuestra prioridad mas importante durante el desarrollo de los temas en el Programa de Entrenamiento para el Funcionamiento de Oleoductos.

ESTACIONES DE BOMBEO Comportamiento Básico de Fluidos

© 1995 IPL Servicio Servicioss de Tecnolo Tecnología gía y Consultoría Consultoría Reproducción Prohibida (Enero 1995)

IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC. 7th Floor IPL Tower 10201 Jasper Avenue Edmonton, Alberta Canada T5J 3N7 Telephone Telephone Fax

+1 - 403-4 403-420-84 20-8489 89 +1 - 403-420-8411

Reference: 2.3 Pump Stations - Nov, 1997

HABILIDADES DE ESTUDIO Para que el aprendizaje de los módulos sea más efectivo, se sugiere tener en cuenta las siguientes recomendaciones. 1. Trate de que cada periodo de estudio sea corto pero productivo (de (de 10 a 45 minutos). Si usted ha establecido que que estudiará durante los cinco dias de la semana un total de dos horas por día, separe los tiempos de estudio con periodos de descanso de dos a cinco minutos entre cada sesion. Recuerde que generalmente generalmente una semana de auto estudio reemplaza 10 de horas de asistencia a clases. Por ejemplo si usted tiene tiene un periodo de tres semanas de autoestudio, deberá contabilizar treinta horas de estudio si quiere mantener el ritmo de la mayoría de los programas de aprendizaje. 2. Cuando usted esté esté estudiando estudiando establezca establezca conexiones conexiones entre capítulos y tareas. Entre más relaciones logre logre hacer le será más fácil recordar la información. 3. Hay cuestionarios cuestionarios de autoevaluación al final de cada sección del módulo. Habitualmente el responder responder a estos cuestionarios cuestionarios incrementará su habilidad para recordar la información. 4. Cuando esté leyendo una sección o un módulo, módulo, primero de de un vistazo rápido a toda el material antes de comenzar la lectura detallada. Lea la introducción, conclusiones conclusiones y preguntas al final final de cada sección. A continuación como como una tarea separada estudie los encabezados, gráficos, figuras figuras y títulos. títulos. Despues de esta excelente técnica de revision previa, usted estará estará familiarizado con la forma forma como está organizado el contenido. contenido. Después de la lectura rápida continue con la la lectura detallada. Su lectura detallada, detallada, refuerza lo que ya usted usted ha estudiado estudiado y además le clarifica el tema. Mientras usted este realizando esta lectura deténgase al final de cada sub-sección y pregúntese “¿Que es lo que he acabado de leer?” 5. Otra técnica de estudio útil es escribir escribir sus propias preguntas preguntas basadas en sus notas de estudio y/o en los titulos y subtitulos de los módulos.

6. Cuando esté tomando notas notas en el salón de clases clases considere la siguiente técnica. Si usa un cuaderno de de argollas argollas escriba solo en las página página de la derecha. Reserve las página de la izquierda para sus propias observaciones, ideas o áreas en las que necesite aclaraciones. Importante: escriba las preguntas preguntas que su instructor instructor hace, es posible que usted las encuentre en el custrionario final. 7. Revise. Revise. Revis Revise. e. Revis Revise, e, El revis revisar ar el mate material rial aume aumentará ntará enormemente su capacidad de recordar recordar.. 8. El uso de tarjetas para notas, le ayudará a identificar rápidamente rápidamente áreas en las cuales usted necesita repasar antes de un exámen. Comience por ordenar a conciencia las tarjetas después de cada sesión de lectura. lectura. Cuando aparezca una nueva palabra, escríbala escríbala en una cara de la tarjeta y en el reverso escriba la definición. definición. Esto es aplicable para todos los los módulos. Por ejemplo, simbolos simbolos químicos/que representan; estación terminal/definción; una sigla(acronismo)/que sigla(acronismo)/ que significa. Una vez haya compilado sus sus tarjetas y se este preaparando para una prueba, ordénelas con el lado que contiene las palabras hacia arriba; pase una tras otra para verificar si usted sabe que hay hay en el reverso. Se ha preguntado usted por qué gastar tiempo tiempo innecesario en significados significados o conceptos? Porque las tarjetas que no pudo pudo identificar, identificar, le indican las áreas en las cuales necesita reforzar su estudio. 9. Adicionalmente estos módulos módulos tienen tienen identificados identificados métodos métodos de enseñanza específica para ayudar a la comprensión del tema y su revisión. Los términos (palabras, definiciones), definiciones), que aparecen en negrilla están en el glosario. glosario. Para relacionar la información de de los términos y su significado, los números de las páginas aparecen en las definiciones del glosario con el objeto de identificar donde apareció el término por primera vez en el téxto. téxto. Las definiciones definiciones que en el glosario no tienen ningún número de página es importante de igual manera entenderlas, pero están completamente explicadas en otro módulo.

ESTACIoNES DE BOMBEO

Este módulo describe el flujo de líquidos a través de una estación de bombeo indicando o mostrando como las diferentes partes de una estación de bombeo trabajan en conjunto para mantener en movimiento los líquidos seguramente en el oleoducto a una tasa deseada. Los líquidos que viajan desde su estación de origen a través del oleoducto o tubería pierden presión debido a la fricción que se genera entre el líquido y la pared del oleoducto. Cuanto más viscosidad y más flujo del líquido se tenga, más pérdida de presión se tendrá por la fricción más alta que se genera. Las estaciones de bombeo a lo largo del oleoducto reducen o eliminan las consecuencias de las pérdidas de presión debido a la fricción, al otorgar energía al líquido. Al otorgar energía se incrementa la presión del líquido en el oleoducto. La Sección 1 de este módulo presenta un aspecto general de una estación de bombeo con su equipo de instrumentación e instalación. La Sección 2 describe las bombas centrífugas, válvulas e instrumentos detalladamente. También examina las configuraciones de bombas en en serie y paralelas y sus implicaciones. La Sección 3 examina los sistemas auxiliares de las estaciones de bombeo, almacenamiento temporal y aprovisionamiento de corriente eléctrica. Adicionalmente la Sección 3 ve algunos de los sistemas de seguridad en la estación de bombeo tales como los detectores de fuego, detectores de gases tóxicos y combustibles y válvulas relevadoras de presión. La Sección 4 explica brevemente como el sistema de control de la estación de bombeo se ajusta o encuadra dentro de la jerarquía de SCADA.

INTRODUCCIÓN

Debido a que este módulo es un un aspecto general, general, los detalles específicos de muchos componentes no se presentan completamente. Las referencias referencias para módulos módulos específicos específicos se dan así, para para que rápida rápida y fácilmente puedan puedan encontrar mas mas información acerca de de cada tema.

Este módulo presenta información sobre los aspectos siguientes: • Describe los parones de flujo de baches de petróleo a través de una estación de bombeo de línea principal. • Describe el propósito, importancia y función de cada uno de los principales componentes de una estación de bombeo de línea principal. • Describe como el diseño de una estación de bombeo influye en la operación del oleoducto. NTRODUCCION ION AL COMPORTAM OMPORTAMIENTO IENTO DE FLUIDOS Fase - INTRODUCC

PROPOSITOS DEL MÓDULO

PRE-REQUISITOS

1


SECCIÓN 1

PASO DE LÍQUIDO A TRAVES DE LA ESTACIÓN ESTA CIÓN DE DE BOMBEO BOMBEO Dependiendo de la configuración de la tubería, las estaciones de bombeo pueden tener una variedad variedad de configuraciones configuraciones de bombas. Pueden incluir diferentes tamaños de bombas para los diferentes requerimientos centrales. Los requerimientos de presión presión pueden ser alcanzados por una o más bombas del mismo tamaño tamaño en paralelo o en serie. La presión generada por una estación de bombeo es regulada por el operador, por un procedimiento de selección de bombas individuales o combinación de bombas que producirán la presión deseada o requerida. La presión es regulada también por el uso de una válvula de control de presión (PCV) o por un variador o cambiador de dirección de velocidad (VSD). Los (PCV) o (VSD) restringen o reducen la cantidad de presión descargadas de las bombas en un valor fijado por el operador. La función del operador es de mantener las tasas de flujo y presión mientras se disminuye la cantidad de energía usada. El centro de control está localizado lejos de la estación de bombeo. Cuando un operador arranca o para las bombas, o abre y cierra válvulas, estas acciones son llevadas al cabo por control remoto a través del sistema de supervisión de control control y recepción de datos (SCADA). El operador vigila la pantalla de la computadora y usa la información desplegada para decidir que acciones se deben llevar a cabo. De la misma forma, cuando se requieren cambios de ajuste de los valores fijados (tales como el valor fijado de una descarga), el operador iniciará el proceso adecuado para cambiar el valor de presión establecido. Una vez que el operador ha introducido el cambio los sistemas de computador de estación local se encargan. Realmente de llevar a cabo el cambio en el punto de ajuste chequeando y ajustando la posición del PCV,, o cambiando la descarga del VSD, hasta que PCV qu e se alcance el nuevo nu evo punto de ajuste. Después de esta sección, podrá completar los siguientes objetivos: • Seguir el flujo o paso del líquido por la estación de bombeo. • Establecer la función de cada uno de los componentes clave, de la estación de bombeo. • Reconocer qué liga al operador con la operación de una estación de bombeo.

INTRODUCTION

OBJETIVOS

3

PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS

Figura 1 Una Estación de Bombeo

FUNDAMENTOS DE LAS ESTACIONES ESTA CIONES DE BOMBEO

4

La presión, generada por las bombas, se necesita para asegurar el paso del líquido a través del oleoducto. Las estaciones de bombeo están están estratégicamente ubicadas a lo largo del oleoducto para proveer la presión que permite al líquido pasar a la capacidad que esta diseñado el oleoducto. La cantidad y tamaño de las bombas que se necesitan necesitan en una estación de bombeo dependen de la cantidad de presión que se necesita para soportar las perdidas de presión entre las estaciones. Los siguientes son los factores principales que causan las pérdidas de presión y consecuentemente los requerimientos de bombas: • viscosidad del fluido • tasa de flujo y • elevación. Un líquido con baja viscosidad requiere menos presión para soportar la pérdida de presión entre estaciones debido a que hay menos pérdida de presión debido a la fricción. Igualmente, entre más baja es la tasa de flujo, mas baja es la pérdida de presión por fricción. Lo opuesto es cierto para líquidos de mas alta viscosidad y tasas de flujos incrementadas. Por lo tanto se necesita necesita menos potencia para soportar pérdidas de presión entre estaciones por fluidos de baja viscosidad, y/o de más baja tasa de flujo que para fluidos de más alta viscosidad, y/o más alta tasa de flujo. La figura 2 ilustra este punto mostrando gradientes de presión por bajas condiciones de viscosidad-baja tasa de flujo v.s alta viscosidad - alta tasa de flujo.


Figura 2 Ilustra Gradientes que Muestran los Efectos de la Viscosidad y Tasas de Flujo. Alta viscosidad y alta tasa de flujo causan más pérdidas de presión debido a la fricción, que baja viscosidad y baja tasa de flujo. Observar que para alta tasa, se usan más bombas para compensar la pérdida de presión.

Tasa de Flujo = 25 160 B bl/hr (4000 m 3 /h)

) t e e f ( a z e b a C

Estación A

Estación B

Estación C

Distancia (mi)(km) (mi)(km) Alta Viscosidad - Alta Tasa de Flujo

Tasa de Flujo = 15 725 Bbl/hr (2500 m 3 /h)

) t e e f ( a z e b a C

Estación A

Estación B

Estación C

Distancia (mi)(km) (mi)(km) Baja Viscosidad - Baja Tasa de Flujo

Los cambios de elevación a lo largo de toda la tubería u oleoducto también determinan la cantidad del diferencial de presión en cada estación para soportar la pérdida de presión entre estaciones. Entre más sea el aumento de elevación, más grande será la pérdida de presión; En consecuencia, entre más grande sea la reducción de elevación, más baja será la pérdida de presión. De ahí que, se necesita más potencia para soportar pérdidas de presión entre estaciones por el aumento de elevaciones que para reducciones de elevación. elevación. La figura 3 ilustra este este punto mostrando un perfil de gradientes de presión Cuesta Abajo para reducción de elevaciones v.s un perfil de incremento de elevación. ) t e e f ( a z e b a C

Estación A

Estación B

Estación C

Distancia (mi)(km) (mi)(km)

Figura 3 Gradientes Mostrando el Uso de Bombas Basados en Elevación. Observar que la estación B no necesita accionar unidades cuando existe una reducción de elevación.

Uphill ) t e e f ( a z e b a C

Estación A

Estación B

Estación C

Distancia (mi)(km) (mi)(km)

5


ESTACIÓN DE ESTACIÓN SUCCIÓN, DESCARGA Y VÁLVULAS DE DESVIACIÓN (BYPASS)

Hay 3 válvulas las cuales permiten el paso de fluido ya sea a través de la estación de bombeo o continuar sin sin pasar por la estación. Esas son las válvulas de succión de la estación, la válvula de descarga de la estación y la válvula de desviación (Bypass) de la estación.

Las tres válvulas trabajan juntas para dirigir el flujo dentro de la estación o para desviar el flujo flujo alrededor de la estación. Cuando la válvula de succión y la de descarga están abiertas y la de desviación (Bypass) está cerrada, el flujo de fluido irá a través de la estación de bombeo. De la otra forma, cuando la válvula de succión succión y la válvula de descarga de la estación están cerradas y la válvula de desviación (Bypass) está abierta, el flujo pasará por fuera de la estación de bombeo.

Vástago

Vástago

Sello de Vástago

Sello de Vástago

Puerta

Puerta Sello Ring y Sello Metal a Metal Sello del Vástago

idoo lujjo de L í íqqu id F lu

Cuerpo de la Válvula

Cuerpo de la Válvula

Cavidad del Cuerpo

Abierta

Cerrada

Figura 4 Válvula de Compuerta La válvula de compuerta se usa comúnmente en la estación de succión, descarga y desviación.

6


Abierto

Abierto

MO

MO

Válvula de Desviación Cerrado MO

Figura 5 Disposición de Válvulas de Una Estación de Bombeo Cuando el Líquido se Desvía.

Válvula de descarga de la estación

MO

Cerrado

Válvula de succión de la Estación

Abierto MO D

Cerrado

Abierto

A bi er er to

Cerrado

Cerrado

Cerrado

Cerrado

MO

MO

MO

MO

Abierto

APAGADO

A bi bie rtrt o

APAGADO

Cuando las válvulas de succión y descarga están cerradas y la válvula de desviación está abierta, el líquido no puede entrar a la estación de bombeo y continuar adelante directamente en el oleoducto. Las estaciones normalmente se aislan para reparación y mantenimiento. Cerrado

Abierto

MO

MO

Válvula de descarga de la estación

Válvula de Desviación Abierto MO MO

Abierto

Válvula de succión de la Estación

Figura 6 Disposición Típica de Válvulas de Una Estación de Bombeo Cuando un Líquido Entra a Una Estación de Bombeo.

Abierto MO D

Cerrado

Abierto

A bi er er to

Cerrado

Cerrado

Cerrado

Cerrado

MO

MO

MO

MO

Abierto

APAGADO

Ab ie rtrto

APAGADO

Cuando las válvulas de succión y de descarga están abiertas y la de desviación está cerrada, el líquido no podrá seguir adelante directamente por el oleoducto y entrará a la estación de bombeo. Ésta es la configuración normal para estaciones de bombeo, aun cuando las bombas no están conectadas (on) las válvulas de la estación aislada se dejan en posición de abiertas bajo condiciones normales de operación, la válvula de desviación se cierra y las válvulas de succión y la de descarga están abiertas. Aun cuando las válvulas no están están conectadas (on), el líquido entrará a la estación. En algunos casos la válvula de desviación (Bypass) es una válvula check o de no retorno que se mantiene cerrada por la alta presión en el lado de la descarga de la estación, así que todo el líquido fluye dentro de la estación si una o más bombas están trabajando.

7


Dos de las mayores razones para desviarse de una estación de bombeo es para hacer el mantenimiento de la estación y en una situación de emergencia como la alarma por presencia de gas, alarma de fuego o el fluido dentro de la estación. Las válvulas de succión y descarga y la válvula de desviación pueden o no estar controladas a control remoto por el operador. Cuando el control remoto está disponible, las las válvulas de succión de la estación trabajan en conjunto con la válvula de descarga de la estación, o sea que la válvula de descarga va abrir y cerrar con la válvula de succión. Así que el bache empieza a fluir a través de la estación de bombeo, su camino exacto dependerá de la configuración de las válvulas de la estación, la naturaleza del bache y qué bombas (si hay algunas) están conectadas (on). En una estación de bombeo típica el (flujo de) fluido: • fluye a través de la válvula de succión • puede pasar al dispositivo de muestreo • puede pasar a la fosa de quemador • fluye o se desvía de las bombas, dependiendo de la configuración de la estación • fluye a través de una válvula de control de presión (PCV) • fluye a través de una válvula check y • fluye a través de la válvula de descarga de la estación. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto MO

MO

Abierto

Abierto

MO

D

Línea del Quemador Abierto Abierto

Abierto Abierto Abierto Abierto

Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

MO

MO

Apagado

MO

Apagado

110 psi .720

.925

.825

400 psi .925

Figura 7 Baches Llegando a Una Estación de Bombeo

8


Dependiendo del diseño de la estación, del tipo de sistema de detección de fugas (si se requiere), y de la necesidad para el control de calidad, una estación de bombeo puede ser equipada con una variedad de diferentes dispositivos automáticos de muestreo. Un tubo de diámetro muy pequeño es colocado colocado dentro dentro de la línea principal principal que va a la válvula de de succión de la estación. Este tubo de diámetro pequeño permite al

DISPOSITIVOS AUTOMÁTICOS DE MUESTREO

fluido entrar al lugar del dispositivo automático de muestreo. Las propiedades más comunes que son medidas por los dispositivos automáticos de muestreo son: la temperatura, densidad y viscosidad. En adición al equipo automático de muestreo, puede haber equipo manual para obtener muestras del fluido para análisis de laboratorio. La temperatura del líquido se toma en las estaciones de bombeo porque la temperatura correcta se necesita conocer para poder calcular la densidad y la viscosidad. Las medidas de temperatura se se toman electrónicamente, usando un dispositivo de resistencia térmico. Un

MEDICIÓN DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO

detector de resistencia térmico (RTD) es una banda delgada de acero insertada dentro de un tubo de acero o thermowell ubicada dentro de la tubería. El thermowell se llena con un líquido líquido (normalmente glucosa), glucosa), que adquiere la temperatura del líquido que fluye dentro del oleoducto.

Cualquier cambio de temperatura del líquido causará un cambio en la resistencia eléctrica del RTD. RTD. Un transmisor en el RTD RTD transmite su resistencia a una computadora que convierte la señal en grados Celsius o Fahrenheit. La temperatura entonces es transmitida al centro de control de computadora donde ésta es usada en los cálculos. Para más información en medición de temperaturas, ver el módulo de Sistemas de Control e Instrumentación. Caja de Fierro a Prueba 2,3 o 4 Alambres hacia el RTD de Explosión

Thermowell (puede que no se requiera en todas los motores)

Unidad ElectrónicalSeñal de Salida 4-20 mA Conducto para 2 Conductores Torcidos y Encapsulados

Figura 8 Dispositivo de Temperatura Detector de Temperatura (RTD) La temperatura del líquido es determinada en conjunto con las medidas de densidad y viscosidad, dado que la densidad y la viscosidad varían con la temperatura. La temperatura es transmitida por el centro centro de control de computadora, donde se usa para las medidas correctas de densidad y viscosidad.

9


MEDICIÓN DE DENSIDAD

La densidad del líquido es medida y enviada al centro de control así el operador puede vigilar el avance de cada bache y variación de densidades en el oleoducto por observación de la densidad del líquido en la estación de bombeo. La densidad se usa también también en los cáculos de los siste mas de detección de fugas. Bobina de Excitación

Amplificador

Bobina de Excitación Caja de Amplificador Tubo Vibrador

RTD

Ensamble Aislador de Ruido

Masa Nodal

Figura 9 Densímetro Usado Para Medir Densidad.

Un densímetro extrae el líquido que viene de una línea y dirige este a través de un transducer, un tubo delgado colocado en una bomba para una circulación circulación buena. buena. Dentro del del tubo hay una una tira delgada delgada larga de metal la cual vibra cuando pasa el líquido por el tubo. Estas vibraciones vibraciones son tomadas tomadas por sensores sensores y son son transmitidas transmitidas a una computadora que convierte las señales en medidas de peso por volumen (por ejemplo: lbm /ft 3 (kg/m3)).

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La viscosidad de un líquido se mide en algunas estaciones para usarse en los cálculos para el sistema de detección de fugas. La viscosidad se se mide en el laboratorio usando usando un viscosímetro .

LA MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD DEL LÍQUIDO

Figura 10a Tubo Saybolt Viscosímetro Universal Típico El viscosímetro mide el tiempo que se necesita poira que cierta cantidad de líquido pase a través de un tubo capilar de vidrio.

25

Figura 10b Viscosímetro Cinemático El viscosímetro de vidrio se llena hasta A con petróleo crudo. Cuando se calienta, calienta, el líquido fluye de A para B a cierta temperatura. El tiempo para para ir de B a C y de C a D determina la viscosidad.

Los resultados del laboratorio se usan para correlacionar y confirmar las medidas en el oleoducto y asegurar la precisión.

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FOSA DE QUEMADOR

En algunas tuberías que conducen productos de alta evaporación (tales como; gas natural, líquidos, propano o butano), es necesario tener medios para que sin peligro se dispersen de la estación mientras la estación requiera mantenimiento. Un método para alcanzar esto, es retirar la línea de la estación hacia la fosa de quemador. La fosa de quemador es un pozo abierto cavado en la tierra a donde los productos muy volátiles pueden arrojarse y quemarse si es necesario. Cuando se

ha hecho el mantenimiento en las bombas o la tubería de la estación, el personal de mantenimiento aislará la estación de bombeo, conservando el fluido presurizado en la estación de bombeo entre la válvula de succión y la válvula de descarga descarga de la estación. estación. Antes de empezar el trabajo de mantenimiento, se abre la válvula para la fosa de quemador la cual releva sin peligro la presión y manda afuera el fluido de alta volatilidad. El líquido fluyendo hacia la fosa de quemador pasa a través de 2 válvulas de seguridad ABRIR/CERRAR como las de globo o bola. Las 2 válvulas ABRIR/CERRAR aseguran que el líquido de dentro de la tubería de la estación no alcance la fosa de quemador accidentalmente si alguna de las válvulas falla. El líquido viaja de las válvulas a través de un arrestador de flama, que es como una válvula check (de no-retorno) que evita que la flama fluya hacia atrás a través de la tubería yendo dentro de la línea principal. El líquido y vapor entonces salen del conducto hacia la fosa de quemador. La salida de la tubería hacia la fosa de quemador puede estar equipada con un sistema de ignición que encenderá el producto así como exista en la línea. Si la fosa de quemador no está equipada con un sistema automático de encendido, el personal de mantenimiento usa una pistola de fuego para encender el vapor en el pozo.

Arrestador de flama

Fosa de Quemador Flujo del Líquido

Figura 11 El Líquido Fluye Dentro de la Fosa de Quemador Cuando el personal abre las válvula de salida para la fosa de quemador, el vapor y/o el líquido se invierte dentro del pozo donde es encendido y quemado seguramente.

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La ruta que toma un fluído a través de una estación de bombeo, depende del tipo de fluído que la tubería y cuales bombas están caminando (si hay alguna). Cuando se transportan hidrocarburos, una tubería puede llevar varios productos con diferentes características donde la contaminación, entre uno y otro producto no debe suceder. Otra tubería puede llevar productos donde se ha determinado que la cantidad de fluido contenido entre la unidad de válvulas de succión y la unidad de válvulas de descarga no creará suficiente contaminación para degradar el producto.

RUTAS A TRAVES DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

Los siguientes son 3 ejemplos de diferentes rutas de flujo que los fluidos tomarán a través de una estación donde el tipo de producto y configuración de bombas se toman en consideración. La figura 12 muestra la configuración de las válvulas para una estación la cual lleva productos donde la contaminación no deberá ocurrir. Note que las bombas no están trabajando y que todas las válvulas de las bombas de succión y descarga están abiertas para permitir que el producto fluya a través de la bombas así como también alrededor de ellas (a través de la válvula check). Esto asegura la limpieza continua de las bombas y tubería de un determinado producto. Cerrado

Abierto MO

MO

Abierto MO MO

Abierto

Abierto MO D

Cerrado Línea del Quemador

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

MO

MO

MO

MO

APAGADO

APAGADO

Figura 12 Flujo de una coriente dada por la Unidad de Bombeo con Todas las Bombas Apagadas. Para asegurar la limpieza de bombas con un bache de refinado dado, todas las bombas de succión y válvulas de descarga se dejan abiertas. La partida fluye a través de la bomba así como alrededor de ellas (a través de la válvula check).

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Figura 13 muestra la configuración de las válvulas donde la contaminación de productos a partir de bombas y tubería no es preocupante . Las válvulas de succión y/o descarga pueden permanecer cerradas cuando las bombas no están funcionando. La posición de las válvulas de bombas de succión y las válvulas de la bomba de descarga depende del diseño de la secuencia de arranque de la unidad de bombeo. En este ejemplo, ambas unidades están apagados y solo las válvulas de la unidad de descarga están cerradas. Esto permite una rápida secuencia de arranque de las unidades. Nótese que la ruta del flujo del fluido va alrededor de las unidades de bombeo a través de las válvulas check, dejando fluido atrapado de la línea principal hasta la válvula de la unidad de descarga. Cuando una unidad se arranca la válvula de descarga se abre, dejando salir el líquido atrapado haciendo que se mezcle con bache del producto que este fluyendo después de las unidades de bombeo en ese momento. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto MO MO

Abierto

Abierto

MO

D


Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Cerrado

Abierto

Cerrado

MO

MO

MO

MO

Abierto

APAGADO

APAGADO

Figura 13 Ruta de Flujo de un Líquido Donde Una Mínima Contaminación es Aceptable. Ya sea que la válvula de la bomba de descarga, o ambas, la válvula de succión y descarga pueden pueden dejarse cerradas. En este ejemplo, para un arranque rápido de las unidades únicamente la válvula de descarga está cerrada.

RUTA A TRAVES DE UNIDADES DE BOMBEO

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Cuando una unidad de bombeo se arranca, la ruta a través de la unidad es la misma sin sin importar el tipo de producto que se lleva. El líquido fluye por las válvulas de aislamiento de la bomba aislada hacia la bomba donde su presión se incrementa. El líquido descargado fluye entonces a través de la válvula de aislamiento de la bomba de descarga. Ningún líquido puede fluir a través de la válvula check entre los puntos de succión y descarga de la unidad. Porque la alta presión en el lado de la descarga mantiene la válvula cerrada. El líquido de esta forma viaja a través de tantas bombas como estén en funcionamiento.


Cerrado

Abierto MO

MO

Abierto MO MO

Abierto

Abierto MO D


Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

MO

MO

MO

Abierto

APAGADO

MO

ENCENDIDO

Figura 14 Flujo a través de una estación con c on bombas funcionando. El líquido fluye a través de las válvulas de succión de la bomba hacia la bomba donde se aumenta aumenta su presión. El líquido descargado fluye entonces a través de la válvula válvula de descarga. Ningún líquido puede fluir a través de la válvula check entre los puntos de succión y descarga de la unidad porque la presión pr esión alta en el punto de descarga mantiene la válvula check cerrada.

Hasta aquí, el líquido moviéndose a través de la estación de bombeo ha viajado a través de la entrada de la bomba, y la bomba de la línea principal. Ahora que el líquido ha pasado por la bomba, está listo para regresar dentro de la línea principal. A lo largo de la línea principal están: • válvula de control de presión (PCV) • PCV de desviación (Bypass), y • válvula check de descarga.

CONTROL DE PRESIÓN Y DESCARGA DEL LÍQUIDO

15


VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN

El líquido que sale de la estación de bombeo ha sido presurizado a la presión requerida en la estación. No obstante, muchas bombas son actuadas por motores de velocidad fija, lo que significa que el operador no puede cambiar la cantidad de presión adicionada al líquido por cada bomba. Para una regulación más precisa de la presión del líquido entrando a la línea principal, los oleoductos usan válvulas de control de presión (PCV) (PCV) (y ocasionalmente, reguladores de frecuencia variable, ver el módulo MOTORES DE VELOCIDAD VARIABLE). Las válvulas de control de presión son diferentes a las válvulas ABRIR/CERRAR en que las válvulas de control de presión pueden dejarse parcialmente abiertas bajo condiciones normales de operación. PCVs regulan la presión cambiando la medida de abertura a través de la cual pasa el líquido.

Reduciendo la abertura de la válvula se restringe el flujo, se incrementa la velocidad del líquido y se reduce la presión de descarga. descarga. Ampliando la abertura de la válvula se incrementa el flujo y presión, y reduce la velocidad del líquido. Por ejemplo, si una bomba produce 500 psi=libras por pulgada cuadrada (presión en el “ case”) case”) y la descarga de la estación requerida/deseada es 450 psi para un determinado rango de flujo y pérdida de fricción, entonces la presión puede ser estrangulada (o reducida) en 50 psi. El operador cierra la PCV ligeramente para reducir la presión de descarga de la estación estación a 450 psi. Para una descripción detallada y una explicación de las válvulas de control de presión ver el módulo VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓn. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto

MO

MO

Abierto

Abierto

MO

D

Línea del Quemador

Abierto Abierto


Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

MO

Apagado

MO

MO

Apagado

Figura 15 Las válvulas de control de presión (PCV) Existen varios tipos principales de válvulas de control de presión. Se muestra la válvula de estran- gulación de bola bola (bola V). V). Estas válvulas reducen la presión de descarga abriendo o cerrando parcialmente la salida.

16


Cada PCV tiene una desviación (Bypass) así la PCV puede repararse o reemplazarse sin interrumpir el flujo a la línea principal (Figura 16). La desviación consiste en lo siguiente: • un tubo que sale rodeando la PCV • una manija para actuar la válvula ABRIR/CERRAR en cualquier lado de la PCV • una manija para accionar la válvula estranguladora a la salida del tubo de desviación (Bypass) y • una válvula check en la tubería de desviación, si se necesita. Cuando la PCV deba desviarse (Bypass), el personal abrirá la válvula reductora estranguladora manual al final de la entrada del tubo Bypass, entonces cerrara las válvulas ABRIR/CERRAR en cualquier lado al final de la PCV. PCV. Cuando las válvulas en cualquier lado de las PCV están cerradas, el líquido que deja la bomba no puede pasar a través de la PCV. PCV. En lugar, el lîquido entra al tubo de desviación y viaja al rededor de la PCV. PCV. La válvula reductora manual de desviación se ajusta manualmente para dar el nivel apropiado de reducción.

DESVIACIÓN EN PCV

Válvula Principal

Válvula PC

Flujo del Líquido Válvula Bypass Figura 16 PCV y Desviación Cada válvula de control de presión tiene una desviación (Bypass) de tal forma que la PCV puede ser reparada o reemplazada sin interrumpir el flujo de líquido a la línea principal.

Después de la PCV, PCV, el líquido fluye flu ye a través de la válvula check y regresa dentro de la línea principal. La válvula check es una válvula de un solo sentido. El líquido puede ir a través de la válvula check en una sola dirección. Cuando la presión de los líquidos en la corriente abajo de la válvula check aumenta arriba de la presión de la corriente de subida de la válvula, la válvula se cierra. Ningún líquido puede fluir de regreso a través de la válvula cuando está cerrada.

VALVULA DE NO RETORNO (CHECK) DE DESCARGA

17


La válvula check previene alta presión corriente abajo por regreso del flujo a través de la estación. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto MO

Figura 17 Válvula Check (un solo sentido)

íquido

El líquido puede fluir en un solo sentido a través de una válvula check desde corriente arriba a corriente abajo. La válvula check se cierra para evitar que el líquido fluya de regreso.

MO

Abierto

Abierto

MO

D

Cerrado



Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

MO

Apagado

MO

MO

Apagado

Flujo del Líquido Flujo del Líquido

Cerrado

DESCARGA

18

Abierto

El líquido ha cumplido su jornada a través de la estación de bombeo. El líquido fluye a través de la válvula de descarga aislada que se dirige hacia la línea principal. Una vez en la línea línea principal, el líquido fluye en el conducto con energía por presión adicional y es capaz de mantener la tasa de fluido requerida.


1. El propósito de una estación de bombeo es _____.

a) b) c) d)

vigilarr la pre vigila presió siónn de la tuber tubería ía (duc (ducto) to) medir med ir el el fluj flujoo en la tube tubería ría (duc (ducto) to) compens com pensar ar las pér pérdida didass de de pres presión ión probar pro bar la dens densida idadd del fluíd fluídoo en la tuberí tuberíaa (ducto) (ducto)

REPASO 1

2. Si un líquido fluyendo fluyendo a través través de una tubería pierde presión, cual será la principal causa?

a) b) c) d)

fricción fricci ón entre entre el el líqui líquido do y la la pared pared del del tubo tubo retorn ret ornoo del flujo flujo ocurñendo ocurñendo en la esta estación ción origi originado nadora ra tubo tu boss empe empeza zand ndoo a tene tenerr fugas fugas increm inc rement entoo de la la tasa tasa de fluj flujoo del líq líquido uido

3. El líquido pasa la estación de bombeo sin entrar entrar cuando _____.

a) la válvula válvula de la bomba de succión succión está está abierta abierta y la válvula de desviación está cerrada. b) las válvula válvulass de succió succiónn y de descar descarga ga están están cerradas cerradas y la de desviación está abierta c) cua cuando ndo las las válvula válvulass de la bomba bomba de succ succión ión y la de desv desviac iación ión (Bypass) están abiertas d) cuando las válvulas válvulas de la bomba de de succión succión y la de desvia desviación ción (Bypass) están cerradas 4. El dispositi dispositivo vo para medir la temperatura del líquido se llama un _____.

a) b) c) d)

densímetro thermowell detect det ector or de resist resistenci enciaa de temper temperatu atura ra (RTD) (RTD) transductor

5. El operador puede monitorear el proceso de cada bache a través del oleoducto e identificar qué producto está la estación de bombeo chequeando la información del bache referente a _____.

a) b) c) d)

temp mpeeratura presión tasa de de fl fluujo densidad

19


6. Un densímetro opera _____.

a) sacando sacando líqu líquido ido de una una tubería tubería que que llega llega a la estac estación ión y mandándolo a través de un transductor b) bomb bombean eando do líquid líquidoo a través través de una una sere sere de thermow thermowell ellss c) est estima imando ndo la densi densidad dad de un líqu líquido ido por por medició mediciónn de su viscosidad d) ide identi ntific ficando ando el el tipo de de líquido líquido en el el oleoduct oleoductoo y dando dando un valor conocido 7. El propósito de una fosa de quemador es para _____.

a) permitir permitir retirar retirar producto productoss de alta volatil volatilidad idad de de la estac estación ión de bombeo y disponer de ellos sin peligro b) almace almacenar nar producto productoss refinados refinados y productos productos de alta alta volatil volatilidad idad hasta que se puedan regresar a la línea principal c) che cheque que la flam flamabi abilid lidad ad de de un líq líquido uido d) proveer un lugar lugar donde donde se se puedan puedan probar probar métodos de extinció extinciónn de fuego 8. Un líquido se puede desviar desviar a una fosa fosa de quemador quemador si _____.

a) b) c) d)

la pre presi sión ón en en la lín línea ea es es muy muy alta alta ha ocu ocurri rrido do mez mezcl claa de ba bache cheyy se debe debe pro proba barr su fla flama mabi bili lida dadd una bomba bomba debe debe ser purgad purgadaa de producto productoss de alta flamabi flamabilidad lidad antes de que se pueda iniciar el trabajo de reparación

9. Antes que un líquido llegue a la fosa fosa de quemador debe viajar a través de _____.

a) una válvul válvulaa de seguri seguridad dad ABRIR ABRIR/CE /CERRAR RRAR y un un cochino cochino receptor b) dos válvula válvulass de segurid seguridad ad ABRIR/CERR ABRIR/CERRAR AR y un arrestad arrestador or de flama c) tod todas as las las bomba bombass en la líne líneaa princ principa ipall d) una válvul válvulaa de contro controll de presi presión ón de segur segurida idadd 10. La presión de descarga de una bomba se pone a punto ajustando una _____.

a) b) c) d) 20

válvula de cont válvula control rol de pres presión ión (PCV (PCV)) unaa válv un válvul ulaa de al aliv ivio io válv vá lvul ulaa de de des desca carrga válv vá lvul ulaa de de suc succi ción ón


11. Una válvula check (de no-retorno) _____.

a) permite permite al líquido viajar libreme libremente nte en ambas ambas direcci direcciones ones a través de un ducto b) solame solamente nte permite permite al líquido líquido viajar viajar en en una direcc dirección ión a través de un ducto c) se cierr cierraa cuando cuando la la presió presiónn en la líne líneaa es muy muy alta alta d) chequea la línea línea para para temperatur temperaturas as arriba arriba de de los límite límitess de seguridad de operación 12. Las válvulas de control de presión (PCVs) son controladas _____.

a) b) c) d)

manualment manual mentee por por el oper operado adorr de cam campo po a cont contro roll remo remoto to por por el ope opera rado dorr por moto motores res de frec frecuenc uencia ia vari variabl ablee por la pres presión ión del del cabeza cabeza que empuj empujaa el líquido líquido dent dentro ro de boquilla de succión de la bomba centrífuga (NPSH)

13. Las válvulas de control de presión regulan la presión _____.

a) b) c) d)

permitien permit iendo do fluir fluir al líquido líquido en una direc direcció ciónn solamen solamente te varian var iando do la la veloc velocidad idad de la bomb bombaa cambia cam biando ndo de la vel veloci ocidad dad del mot motor or cambiando camb iando el el tamaño tamaño de la abert abertura ura a través través de de la cual cual pasa el el líquido

14. La reducción de la abertura de una (PCV) causa _____.

a) b) c) d)

un decrem decremento ento de la velo velocida cidadd y la presi presión ón del del flujo flujo un increme incremento nto en veloci velocidad dad y un decrem decremento ento en en la presión presión de flujo flujo un increm incremento ento en veloc velocidad idad y presión presión de flujo flujo un decreme decremento nto de veloci velocidad dad y un increm incremento ento en en presión presión de flujo flujo de flujo

15. Una válvula de control de presión puede ser desviada o ir alrededor de ella por _____.

a) cierre manual de las las válvulas válvulas manuale manualess ABRIR/CERR ABRIR/CERRAR AR en uno u otro extremo de la PCV y abriendo el Bypass de la línea b) cierre manual de la la válvula válvula ABRIR/CE ABRIR/CERRAR RRAR a la entrada entrada del Bypass de la línea c) cer cerran rando do por contro controll remoto remoto la válvula válvula de contr control ol de presió presiónn d) cer cerran rando do a control control remoto remoto las las válvulas válvulas ABRIR ABRIR/CE /CERRAR RRAR a cualquier lado de la PCV Las respuestas respuestas están al final del módulo. módulo.

21


SECCIÓN 2

UNIDAD DE BOMBEO En la introducción a este módulo, discutimos como una estación de bombeo agrega energía a un líquido fluyendo a través de la tubería para compensar las pérdidas de presión por fricción. Esta energía es convertida en presión y es transferida al líquido por el dispositivo que es el corazón de la estación de bombeo-la bomba centrífuga. Esta sección da una introducción general sobre bombas centrífugas y explica como están configuradas. Para una completa descripción de las bombas centrífugas, otro tipo de bombas y los motores que mueven estas bombas, referirse al módulo de OPERACIóN de MOTORES y OPERACIóN DE BOMBAS RESPECTIVAMENTE . La información en este módulo sirve de introducción a bombas centrífugas solamente.

INTRODUCCIÓN

Los componentes principales de una unidad de bombeo típica son: • válvula de succión • bomba centrífuga • motor (eléctrico o diesel) para mover la bomba • motor de frecuencia variable(VFD) en algunos motores y, válvula de descarga. Cuando una estación de bombeo tiene más de una bomba, se usan configuraciones en serie y/o paralelo. Después de esta sección estarán capacitados para completar los siguientes objetivos: • trazar el flujo de los líquidos dentro y fuera de la línea principal de bombas. • identificar la secuencia de operaciones de una bomba centrífuga. • identificar los motores usados para mover las bombas de un oleoducto. • distinguir entre la operación del VFD y motores convencionales de bombas. • diferenciar la operación de válvulas de succión y descarga de una bomba. • la identificación de características y el significado operacional de las configuraciones de bombas en serie. • identificar las características y el significado operacional de las configuraciones de bombas en paralelo.

OBJETIVOS

23


LA VÁLVULA DE DE LA UNIDAD DE BOMBEO SUCCIÓN

El líquido entra a la bomba a través de la válvula de succión. La válvula de succión es una válvula ON/OFF ON/OFF,, tal como una válvula de compuerta o una válvula de bola o globo. Si la válvula se abre, el líquido puede pasar dentro de la bomba. Si se cierra la válvula, ningún líquido puede pasar a la válvula. Con una secuencia standard de arrancar y parar, donde el control de calidad del producto no es de importancia, ambas, las válvulas de succión y descarga se abren cuando se para la bomba. En casos donde la válvula de succión se deja abierta y la de descarga cerrada (arranque rápido) la calidad del producto no importa. En cualquier caso, la válvula de succión siempre permanece abierta a no ser que la bomba necesite mantenimiento. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto MO

V

a go

V

Sello de V

Figura 18 Control de Calidad La bomba de la izquierda muestra ambas válvulas, de succión y la de descarga abiertas con la unidad parada. Control de calidad, es de importancia aquí. La bomba de la derecha derecha muestra ambas válvulas cerradas, indicando mantenimiento.

BOMBAS DE LINEA PRINCIPAL

MO

Abierto Sello de V

Abierto

Puerta

Puerta Sello RingySello Meta Sello del Vásta

MO

D

Líquido quido de Lí Flujo de Flujo

Cuerpo de laVálvu

v

Cuerpo de laVv

Línea de Quemador

C ue r op

Abierto Abierto


Abierto Abierto

Cerrado Cerrado

MO

MO

Apagado

MO

MO

Apagado

El líquido fluye a través de la válvula de succión a la bomba. Las bombas dan presión adicional al líquido para asegurar que el líquido viaje en la tubería a la adecuada tasa de flujo. La mayoría de las tuberías utilizan bombas centrífugas por las unidades de línea principal. La bomba centrífuga es un dispositivo mecánico que usa la fuerza centrífuga para convertir energía mecánica en presión y flujo.

El líquido entra a la bomba a través de una boquilla de entrada, y viaja al impulsador. El impulsador gira, lo que causa que el líquido gire con él, así que el líquido gira, la fuerza centrífuga empuja el líquido hacia afuera del centro del impulsador. Así como el líquido viaja hacia afuera a la punta de las hojas del impulsador, su velocidad se incrementa. La fuerza centrífuga finalmente empuja el líquido lejos de la punta del impulsador a velocidad tan alta como 230 ft/s (70 m/s). m/s). El líquido líquido entra entonces entonces a una parte en forma de cuerno de la cubierta de la bomba llamada envoluta . Así como el líquido viaja a través de la envoluta, el líquido

pierde velocidad debido al incremento de diámetro de la envoluta.

24


Recordar que una reducción en velocidad representa un aumento proporcional en energía potencial. Recordar también que en los sistemas de tubería, energía energía potencial corresponde a presión. Así que cuando el líquido deje la voluta con energía adicional, pero con más baja velocidad (alrededor de 6.5 pie/sec.= 2 metros/sec.), metros/sec.), su presión se ha incrementado. Para detalles de información sobre bombas de línea principal ver el módulo OPERACIÓN DE BOMBAS. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto

MO

MO

Abierto

Abierto

MO

D

Línea del Quemador Abierto Abierto Abierto Abierto


Abierto Abierto

Abierto Abierto

Flecha

MO

MO

MO

Apagado

MO

Apagado

Impulsor

Mitadde laCubiertaSu

S

umacera

Chumacera

Sello Mecánico Cámarade Succión

Descarga Cojinet Anillos de Desgaste

Flecha

Impulsor

Mitadde la CubiertaInferior

Chumacera

Mitad de la Cubierta Superior

Succión

Chumacera

Chumacera

Sello Mecánico Cámara de Succión

Descarga Cojinete de Presión Anillos de Desgaste

Mitad de la Cubierta Inferior

Chumacera

Figura 19 Una bomba de la línea principal El líquido entra a la bomba por la boquilla de succión y viaja al impulsor. El impulsor aumenta la velocidad del líquido por la rotación que adquiere. El Líquido viaja a la voluta, voluta, donde su velocidad disminuye disminuye y la presión aumenta. El líquido presurizado deja la bomba bomba a través de la boquilla de descarga.

25


MOTORES ELÉCTRICOS

Existen muchos tipos de bombas y motores usados en la industria de oleoductos. Donde la electricidad está disponible a un costo razonable, los motores eléctricos, es el método más deseable para mover las unidades de bombeo. Los motores eléctricos producen energía mecánica sin contaminación y tienen relativamente bajo mantenimiento. En contraste, cuando se usan motores diesel para accionar bombas, se crea contaminación y se requiere más mantenimiento. Sin embargo, la fuerza diesel es la mejor alternativa donde la electricidad no está disponible. Para mas información sobre electricidad y motores diesel, ver el módulo OPERACIóN DE MOTORES. Abierto

Cerrado

MO

MO

Abierto MO

MO

Abierto

Abierto

MO

D



Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

MO

MO

Apagado

Centro del Estator

MO

Apagado

Estator Laminado Rotor de Acero

Ventilador Exterior Estator

Bobina del del Estator Bobina Estator

Recinto

Flecha Baleros Armazón de Fierro Fundido

Escudo Final

Figura 19 Motor Eléctrico Aquí se muestran los principales componentes de un motor eléctrico trifásico de corriente alterna.

26


En la mayoría de los oleoductos, la presión de descarga de la estación de bombeo esta controlada con el uso de la válvula de control de presión (PCV). En algunas estaciones de bombeo, no obstante, la presión de descarga se ajusta controlando la velocidad del motor, que en su momento mueve la bomba, usando un motor de frecuencia variable (VFD). Un (VFD) controla la velocidad del motor ajustado a la

MOTOR DE FRECUENCIA VARIABLE

frecuencia frecuenci a de la corriente corriente alterna que llega llega al motor. motor.

Algunos de los beneficios de usar motores de velocidad variable en oposición motores a los PCV para controlar la presión de descarga son: • extender la “vida” del motor porque la corriente de arranque es controlada creando un “arranque suave” • reduce el desgaste de baleros y sellos en la bomba y motor (más baja la velocidad, mas larga la vida), y • reduce aumentos de presión de las ondas por el arranque controlado. La válvula de control gasta energía hidráulica. El motor de frecuencia regula la cantidad de energía energía hidráulica generada. La diferencia entre una PCV y un VFD se puede comparar con la de un carro rodando continuamente a total aceleración mientras se trata de controlar la velocidad del carro con el freno. Rodando el carro con el freno sin aplicar, y usando la velocidad de la máquina para controlar la velocidad del vehículo es comparable a la operación del VFD. Para ver más de CTRICO ICOSS DE FRECUENCIA cerca de las VFD, ir al módulo C ONTROLES ELÉCTR VARIABLE. C ur v va d e e

C ab e ez z a a

300 1 7 5 0 R P M

s e i P230 , a b200 m o b e d a z e b a C100

1 7 0 0 R P M 1 6 5 0 R P M 1 6 0 0 R P M

vas H.P. Cur va

1250 1000

1750 RPM 1700 RPM 1650 RPM

750 500

1600 RPM

250

0 0

20 000

60 000

100 000

120 000

0

P H B , a b m o B a l e d r o t o M l e d a í g r e n E

Flujo de la Bomba, Bbl/Día

Figura 20 Relación entre la potencia del motor y su velocidad Los VDFs permiten al operador aprovechar el consumo de energía por el control de la velocidad de la bomba y el motor.

27


VÁLVULA DE LA BOMBA DE DESCARGA

El líquido sale sale de la unidad unidad de bombeo a través de la válvula de descarga. Como la válvula de succión, la válvula de descarga es una válvula ABRIR/CERRAR , tal como una una válvula de compuerta compuerta o una válvula de bola. Sin embargo, cuando la bomba es la primera en

empezar la secuencia, la válvula de descarga está está casi cerrada. Así como la bomba se acelera a su velocidad total, la válvula de descarga abre gradualmente. Así como la bomba se acerca a su velocidad de operación, la bomba de descarga se aproxima a la presión de operación. Este proceso se conoce como “ramping” presión. Esto se usa para prevenir “brincos” o cambios severos en la presión dentro del oleoducto. Abierto

Cerrado

MO

MO

V

Sello

V

V

Abierto

Sello d V

MO

Abierto

MO

Puerta

Puerta

Sello RingySello M Sello del Vá

Abierto

Líqu ido ode Líqu Flujjode Flu

Sello RingySello Sello del V

D

MO

do de L L íqu i ido Fluj o de

Cuerpo d laVálv

v

Cuerp laVv

v


Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

Apagado

CONFIGURACIONES EN SERIE

rpo

Abierto Abierto

MO

CONFIGURACIONES DE BOMBAS EN SERIE Y PARALELO PARALELO

Línea del Quemador

u er po

MO

MO

Apagado

Cuando las estaciones de bombas tienen mas de una bomba, se usan configuraciones de bombas en serie y/o en paralelo.

Las configuraciones en serie significa que el líquido sale de una bomba de descarga a la succión de la siguiente bomba en una misma corriente. Los oleoductos usan instalaciones de bombas en serie de tal

forma que se incrementa la presión de la descarga del líquido que sale de la estación sin incrementar mucho la succión requerida corñerte arriba. Esto ayuda a evitar la cavitación en las estaciones de bombeo donde la presión de los líquidos que llegan tiende a ser muy baja. La cavitación tiene lugar cuando la presión en la tubería cae a la presión del vapor de los líquidos que que se transfieren. transfieren. Se forman

burbujas y fluyen junto con el líquido. Las burbujas se colapsan rápidamente (implosión) cuando ellas encuentran presión arriba del vapor de presión. La cavilación daña severamente cualquier material que encuentra, incluyendo bombas, válvulas y la pared de la misma tubería. Para evitar la cavitación, la presión de succión disponible hacia la 28


bomba deberá ser mayor que la succión neta de la cabeza requerida por la bomba para la tasa de flujo de operación y el fluido en la línea. La presión del líquido que entra a la estación es proporcionada por la estación de bombeo corriente arriba. La presión del fluido debe ser lo suficientemente alto cuando deja la estación corriente arriba así que, aun con pérdidas de presión, pueda entrar a los impulsores de la bomba corriente abajo sin cavitación. Varias bombas arregladas en configuración en serie crean más presión de descarga con menos requerimientos de presión de succión inicial que una sola bomba grande. La baja presión inicial de succión succión (con relación a en configuraciones en serie la presión de descarga) ayuda a prevenir cavitación en la bomba. En configuraciones en serie, serie, las bombas están encadenadas entre ellas, así que la descarga de una bomba entra a la succión de la siguiente. Tal combinación tiene un efecto efecto acumulador en la presión generada.

Bomba 1

Bomba 2

Bomba 3

Figura 21 El Líquido Fluyendo a Través de Una Instalación de Bombas en Serie El líquido entra a la bomba bomba 1 a 50 psi. Bomba 1 aumenta la cabeza cabeza por 150 psi, así presuriza el líquido a 200 200 psi. La descarga de la bomba 1 entra a la bomba 2. La bomba 2 aumenta la cabeza cabeza por 150 psi, así que cuando el líquido se descarga de la bomba 2, su presión es de 350 psi. Las 350 psi de líquido entra a la bomba 3 que incrementa la cabeza por 75 psi adicionales descargando el líquido a 425 psi.

Cuando las bombas se instalan en serie, la presión de la salida es acumulativa. Para encontrar la presión total, sumar sumar la presión de entrada a la salida de la bomba 1 y a la salida de las bombas 2 y 3 como sea requerida.

29


En este ejemplo: Presión Descripción Presión de entrada

Salida Total

Salida

50 psi

50 psi

Bomba 1

150 psi

200 psi

Bomba 2

150 psi

350 psi

Bomba 3

75 psi

425 psi

Este es el caso caso ideal. En realidad, hay una cierta pérdida de presión en la tubería entre la descarga de una bomba y la succión de la siguiente. Esta pérdida normalmente llega a pocas psi - así que la descarga real total de la tercera bomba puede ser 419 psi en lugar de 425 psi. Fijarse que 2 de las bombas producen 150 psi, mientras la tercera bomba produce la mitad de presión de cabeza - solo 75 psi. Tal combinación permite flexibilidad en el control de la presión descarga.

Si todas las 3 bombas tienen una presión de salida de 150 psi la salida de la estación de bombeo (antes de regulación) puede ser solo como en esta tabla. Salida de Presión 50 psi

Salida Total 50 psi

Bomba 1

150 psi

200 psi

Bomba 2

150 psi

350 psi

Bomba 3

150 psi

500 psi

Descripción Presión de Entrada

Si la presión de salida de la estación son 400 psi, 100 psi regulada serán necesarias. Esto significa que casi 2 tercios de la potencia es gastada por la tercera bomba.

30


Si la estación de bombeo fué configurada o como el ejemplo, dos bombas a l50 psi, mientras la tercera tiene una presión de salida de 75 psi, la presión de salida de la estación será como se muestra en la tabla siguiente. Com ombi bina naci ción ón de Bombas Presión de Entrada Sin Bombas Entrada + Bomba 3 Entrada + Bomba 1 Entrada +

Pres Pr esiión de Salida 50 psi +

Salid Sal idaa Total

0 psi 50 psi + 75 psi 50 psi + 150 psi 50 psi +

50 psi

Bomba 1 + Bomba 3 Entrada + Bomba 1 + Bomba 2 Entrada + Bomba 1 + Bomba 2 + Bomba 3

150 psi + 75 psi 50 psi + 150 psi + 150 psi 50 psi + 150 psi + 150 psi + 75 psi

125 psi 200 psi

275 psi

350 psi

425 psi

En este caso, solamente 25 psi extranguladas se requerirá, y solo un tercio de la potencia consumida por la bomba pequeña se gastará. Dado el alto costo de la electricidad para las bombas esto puede resultar en un ahorro substancial. Las estaciones de bombeo frecuentemente usan combinaciones de diferentes tamaños para mejorar la flexibilidad operacional y ver mejor reflejado los requerimientos del oleoducto. Estas mejoras en combinaciones pueden extenderse instituyendo la practica de “recortar” los impulsores o modificando la salida de la“segunda” bomba. Modificando el impulsor se pueden obtener resulresultados en flexibilidad adicional en la salida de las estaciones de bombeo.

31


Para ilustrar el concepto de bombas en paralelo, vamos a empezar con un caso simple donde dos bombas están configuradas en paralelo. En configuraciones en serie, el fluido fluye primero a través de una bomba, y después la siguiente. En configuración en paralelo , el líquido se

CONFIGURACIÓN DE BOMBAS EN en dos (o más) corrientes. corrientes. Cada corriente fluye a través través de una PARALELO divide bomba solamente después de descargarse de sus respectivas bombas, las dos corrientes fluyen hacia un cabeza donde se juntan.

Figura 22 Configuración en Paralelo Simple

El efecto en el líquido bombeado es bastante diferente para las configuraciones en paralelo de las configuraciones configuraciones en serie. En las configuraciones en series las presiones son acumuladas, en las configuraciones en paralelo, toda la presión de salida es igual a esa de una bomba, y las capacidades se acumulan. Bajo condiciones ideales, dos bombas que bombean a 3000 m3 /h, en configuraciones en serie pueden bombear 6000 m3 /h cuando están en paralelo. Frecuentemente, hay configuraciones en serie o configuraciones ya hechas y se agrega una sola bomba en paralelo para toda la serie (Fig. 24). Ya que la bomba en paralelo puede producir la misma presión de descarga como las bombas en serie, las bombas en paralelo son usualmente de dos o más impulsores multi stage. El término multi stage pump se refiere a una bomba con dos ó más impulsores. Así que el líquido pasa a través de cada impulsor, la presión aumenta por incrementos como pensar que fuera a través de configuración de bombas en serie. Una bomba “de etapas múltiples” puede puede alcanzar alcanzar la presión presión de salida de dos o más unidades en serie. Las bombas en paralelo se ponen para aumentar la capacidad de los oleoductos (tasa), mientras las unidades en serie operan a su capacidad nominal o de diseño.

32


Bomba 1

Bomba 2

Bomba 3

Bomba 4

Figura 23 Estación de Bombeo, Configuración en Serie - Paralelo En una línea principal, existía una configuración de bombas a la cual se le agregó una bomba bomba en paralelo. Dado que la bomba en paralelo puede producir la misma presión que las tres (o mas a veces) en serie, las bombas en paralelo usualmente son de etapas múltiples.

-

-

Impulsores

Figura 24 Bomba (Multi-Stage) de Etapas Múltiples Una bomba multi-stage usa dos o más juegos de impulsores para elevar la presión del líquido por incrementos, y poder alcanzar la presión de salida de dos o más en serie.

33


REPASO 2

1. El líquido entra a la línea principal de bombas bombas a través través de la _____.

a) b) c) d)

válvul válv ulaa de su succ cció iónn válv vá lvul ulaa de de desc scar arga ga válv vá lvul ulaa de en entr trad adaa válv vá lvul ulaa de ali alivio vio de pre presi sión ón

2. La función en la línea principal de la válvula de la bomba de succión es para _____.

a) permit permitir ir al líqui líquido do entrar entrar o desvi desviar ar a una fosa fosa de quem quemador ador b) permit permitir ir al líquido ya sea sea entrar entrar o desviar desviarse se de la bomba bomba c) des desaho ahogar gar el exce exceso so de presi presión ón en un siste sistema ma de tuber tubería ía cerrado d) man manten tener er el líq líquido uido evi evitan tando do su reg regres resoo 3. Que condiciones condiciones deben deben existir para que que un líquido líquido entre entre a la bomba?

a) b) c) d)

la válvu válvula la de de succi succión ón debe debe est estar ar cerr cerrada ada la válvul válvulaa de desca descarga rga debe esta estarr abiert abiertaa la válvu válvula la de de succi succión ón debe debe est estar ar abie abierta rta la válvu válvula la de ent entrada rada debe est estar ar abie abierta rta

4. La mayoría de los oleoducto oleoductoss utilizan bombas _____ para las líneas principales

a) b) c) d)

centrífuga gass de desp despla laza zami mient entoo posit positivo ivo rotatorias sume su merg rgid idas as o de de émb émbolo olo

5. El propósito de los impulsores es para _____.

a) b) c) d)

determina determ inarr el tipo tipo de de product productoo en la la tuberí tuberíaa aceler ace lerar ar el el líquid líquidoo hacié haciéndol ndoloo girar girar medi me dirr la tempe temperat ratura ura del del líq líqui uido do medi me dirr la den densi sida dadd del lí líqui quido do

6. Después de abandonar el impulsor impulsor,, el líquido viaja viaja a través de la voluta donde su ___.

a) b) c) d) 34

veloci velo cida dadd y pres presió iónn aumen aumenta tann veloci vel ocidad dad se reduc reducee y pres presión ión aume aumenta nta velo ve loci cida dadd y presi presión ón se se reduc reducen en veloci vel ocidad dad aume aumenta nta y presió presiónn se redu reduce ce


7. Después de pasar a través través de la voluta, voluta, el líquido abandona la bomba a través de la _____.

a) b) c) d)

válvul válv ulaa de con contr trol ol de de pres presió iónn válv vá lvul ulaa de no ret retor orno no válv vá lvul ulaa de su succ cció iónn válv vá lvul ulaa de de desc scar arga ga

8. Para una secuencia secuencia de arranque rápido donde donde la calidad del producto no es importante, la configuración de válvulas sería _____.

a) b) c) d)

de o con con succi succión ón cerra cerrada da y desc descarg argaa abiert abiertaa de o con con succió succiónn abiert abiertaa y descar descarga ga cerrad cerradaa de o con con succi succión ón cerra cerrada da y desc descarg argaa cerrad cerradaa de o con con succió succiónn abiert abiertaa y descar descarga ga abier abierta ta

9. Un motor motor de frecuencia frecuencia variable (VFD)_____.

a) control controlaa la presió presiónn de descar descarga ga de una una unidad unidad de bombe bombeoo por disipación de energía hidráulica b) varía la frecuenci frecuenciaa de vibrac vibración ión de la tira tira de metal en un densímetro c) con control trolaa la presió presiónn de descar descarga ga de una una bomba bomba variand variandoo la velocidad de la bomba y motor d) ajust ajustaa la válvula de control control de presi presión ón abriéndola abriéndola y cerrándola cerrándola ligeramente 10. La cavitación ocurre cuando _____.

a) la presión presión en el oleoduc oleoducto to cae cae a la la presión presión de vapor del del líquido líquido que se está transfiriendo b) ace aceite ite,, agua agua y gas gas están están todos todos pres present entes es c) se forman forman picadu picaduras ras por por oxidación oxidación a lo largo del oleoduc oleoducto to d) la presión presión de descarga descarga producid producidaa por la bomba bomba es menor que que la presión del líquido que entra a la estación de bombeo

35


11. En una configur configuración ación de bombas en serie ______.

a) las bombas bombas están enlaza enlazadas das entre entre ellas ellas y la presión presión se adiciona adiciona al líquido por etapas b) las bombas bombas están enlaza enlazadas das entre entre ellas ellas y el paso paso a través de todas se incrementa por etapas c) la presión presión del líquido líquido permane permanece ce constante constante así como como el líquido viaja a través de cada bomba d) el gasto gasto de la bomba bomba y la la presión presión se increm incrementan entan ambas por etapas

Las respuestas respuestas están al final de este módulo. módulo.

36


SECCIÓN 3

SISTEMAS AUXILIARES DE SEGURIDAD Las bombas que se usan para sostener la presión y el flujo o paso tienen un amplio sistema de soporte que mantiene un aceptable ambiente de operación y provee corriente eléctrica. Esta sección discute dos sistemas auxiliares: el sistema de sumidero y el sistema eléctrico de la estación de bombeo. El sistema de sumidero sumidero se usa para recolectar aceite crudo y productos refinados que se escurren o fugan del oleoducto. El sistema eléctrico provee a la estación de bombeo con gran cantidades de corriente eléctrica que requiere para operar.

INTRODUCCIÓN

Esta sección también discute el principal sistema de seguridad, incluyendo válvulas de alivio de presión y sistema de detección de fuego y gas. Después de esta sección estarán capacitados para alcanzar los siguientes objetivos. • Identificar la función de los componentes más importantes de una estación de bombeo tales como: - vía vías de drenaje - tanq tanque ue de sumi sumide dero ro y bom bomba ba - subsub-es esta taci ción ón elé eléct ctri rica ca - trans transfor forma mador dores es de de bajo bajo volt voltaj aje, e, e - inte nterr rruuptore ores. • Identificar los principales dispositivos de seguridad en la estación de bombeo tales como: - válv válvul ulas as de aliv alivio io de pres presió iónn - dete detect ctor ores es de fueg fuego, o, y - dete detecctore toress de gas. gas.

OBJETIVOS

37


SISTEMA DE SUMIDERO

Es posible que porciones de petróleo crudo y productos refinados requieran recolección. Estos productos pueden venir de una variedad de fuentes incluyendo: • escurrimientos de trampas, múltiples o distribuidores, medidores, muestreadores • escurrimientos de tuberías y equipo • descarga de válvulas de alivio • fugas por los sellos de las bombas • fugas de válvulas de las unidades de bombeo (durante el mantenimiento de bombas) • cuerpos de bombas • transferencia de otros sistemas de bombeo, y • descarga de pipas por (ejemplo: la tubería está pegada a la salida del drenaje) Tanque de Bomba de Sumidero Almacenamiento Escurrimientos Sellos de Tubería de Oleoductos PSV bombas Bomba PD

Sumidero Auxiliar

Pipa y Equipo

Pipa Ventilador

Abajo de Piso

Base de Concreto

Tan Tanque (13 (13' 4" l x 8' d) Ent Enterrado a 4' 9" Abajo

Figura 25 Sistema de Sumidero El sistema de sumidero de aceite es usado para recolectar petróleo crudo y productos refinados que se escurren o fugan del sistema de o ductos.

Para recolectar productos de cualquiera de las fuentes arriba expuestos, cada estación de bombeo tiene su sistema de sumidero. El sistema de sumidero consiste en vías de drenaje, tanque de sumidero y una bomba.

38


Abierto

Cerrado

MO

MO

MO

Abierto

MO

Abierto

MO

Abierto

D



Abierto Abierto

Abierto Abierto

MO

MO

A pag ad a

MO

Las vías de drenaje se localizan alrededorr del equipo, de ductos y alrededo captura los líquidos. El líquido viaja por las vías de drenaje hacia el sistema de sumidero sumidero..

VÍAS DE DRENAJE

MO

A pag a da

El tanque de sumidero es una instalación para almacenamiento temporal de fugas y escurrimientos de líquidos. Si el tanque de

sumidero se llena, la bomba de alta presión del tanque de sumidero empieza a bombear el líquido fuera del tanque de sumidero, de regreso hacia el lado de succión de la estación. El líquido bombeado de regreso dentro del oleoducto continua corriente abajo. Si ocurre una fuga fuerte, la bomba del sumidero no es capaz de bombear el líquido fuera del sumidero tan rápido como el líquido llega dentro del sumidero por las vías de drenaje. Cuando ésto sucede el nivel del líquido sube en el tanque de sumidero hasta un punto donde dispara una alarma y las de bombas de línea principal son paradas y todas las válvulas son cerradas. La alarma y el cierre previenen una fuga mayor a la estación de bombeo de tener serias pérdidas en producto y daños al ambiente. Las estaciones de bombeo están eléctricamente equipadas típicamente con lo siguiente: • líneas de servicios de corriente • una sub-estación eléctrica • líneas internas de corriente • transformadores de bajo voltaje, e • interruptores automáticos. La corriente entra a la estación directamente de las líneas de servicio a alto voltaje, puede ser 72 000V o 230 000V, dependiendo de la localización de la estación de bombeo. En la sub-estación eléctrica, un transformador eléctrico baja este voltaje (o en otras palabras la transforma) para cumplir los diferentes niveles requeridos en toda la estación. Algunos motores que mueven la línea principal de bombas requieren 4l60V. 4l60V. Los demás equipos en la estación requieren ya sea l20V, l20V, o 480V de corriente eléctrica.

TANQUE DE SUMIDERO Y BOMBAS

ABASTECIMIENTO ELÉCTRICO

39


Los motores de las bombas de línea principal consumen gran cantidad de corriente por la enorme masa de petróleo que ellos mueven entre estaciones contra la alta presión de descarga. Por la enorme masa de la bomba y las partes que se mueven en el motor, la corriente jalada en los primeros pocos segundos después del arranque es muy elevada. Por esta razón, las líneas principales de bombas no deben arrancarse innecesariamente. Los fabricantes establecen que un motor no debe arrancarse más de tres veces por hora pues se reducirá la vida del motor. motor. Un motor típico de l500hp usa tanta corriente en una hora como una familia de una casa normal usa en tres meses. Los transformadores de bajo voltaje bajan la corriente de una subestación a un voltaje mas bajo y uniforme para el uso de los diferent diferentes es sistemas de control electrónico en la estación de bombeo tales como los detectores detector es de fuego y gas. Los interruptores automáticos son en realidad reguladores que abren y cierran monitorean monitorean la cantidad de corriente que fluye a través de un circuito eléctrico. Cuando fluye mucha corriente a través del circuito, el

interruptor desconecta automáticamente el circuito. Los interruptores automáticos protegen también la estación de bombeo de fuegos causados por excesivo calentamiento de los circuitos por la corriente. 72 000V or 230 000V

Cables Sobrecalentados Transformador

Edificio de Distribución Eléctrica

4160V

Figura 26 Sistema Eléctrico La corriente entra a la estación directamente de las líneas de servicio típicamente a 72000V o 230000V,dependiendo de la localización de la estación de bombeo. bombeo. En la sub-estación eléctrica eléctrica un transformador grande baja parte de este voltaje (o en otras palabras lo transforma) para cumplir con los diferentes niveles requeridos al pasar por toda la estación.

40


La estación de bombeo esta protegida literalmente por docenas de sistemas de seguridad, arreglos “failsafe” falla-segura, y sistemas redundantes. redundantes. Esto ISTEMA EMA DE CONT ONTROL ROL DE LOS está explicado en detalle en el módulo SIST OLEODUCTOS. Esta sección ve los sistemas de seguridad que protegen a la gente y edificios así como el equipo de riesgos como fuego y explosión incluyendo: • válvulas de alivio de presión • sistemas de detección de fuego, y • sistemas de detección de gas. El líquido puede ser aislado en una sección cerrada de tubería en varios lugares de la estación de bombeo. Si un líquido es aislado en una línea cerrada y la temperatura del líquido se incrementa (por ejemplo, estando en el sol en un día caliente) la presión también se incrementa. Como una medida de precaución, se instalan válvulas de alivio de presión a lo largo del oleoducto en cada estación de bombeo. Una válvula de alivio de presión es aquella que se abre automáti-

PROTECCIONES PRINCIPALES EN UNA ESTACIÓN

VÁLVULAS DE ALIVIO VÁLVULAS DE PRESIÓN

camente para dejar escapar la presión a un sistema cerrado de tubería tal como una sección de tubería aislada. Estas válvulas ayudan a garantizar la

seguridad del personal y la integridad del equipo drenando el líquido extra hacia el sistema de sumidero, en el caso de que la presión suba fuera de los límites permitidos. Las válvula las de alivio de presión responden automáticamente cuando la presión sobrepasa los limites permitidos de operación. La válvula se abre y deja escapar la presión hasta que esta vuelve a los límites permitidos. Entonces la válvula se cierra automáticamente. La Figura 27 una válvula de alivio de presión simplificada que muestra el concepto de operación de una PRV.. La Figura 28 muestra un típico PRV sistema de alivio de presión. El valor preestablecido de la válvula de alivio de presión es fijado tan alto como sea Puerta de posible arriba de la presión normal de Escape operación, para que la válvula de alivio de presión se abra solamente si ocurre una verdadera emergencia. emergencia. Para más información sobre estas válvulas véase el módulo ISLAMIENT IENTO O Y SECCIONALIZACIÓN DE AISLAM Presíon VALVULAS. Figura 27 Válvula de Alivio de Presión

41


Las válvulas de alivio de presión son usualmente equipadas con resortes. Cuando la presión en la línea es suficientemente alta, comprime el resorte y la válvula se abre para dejar salir el líquido hacia el sistema de sumidero. Cuando sale el suficiente líquido líquido para reducir la presión abajo del punto preestablecido de la válvula, el resorte empuja la pieza de cierre para volverlo a colocar en su lugar para cerrar la válvula. Disco de Ruptura

Opcional abierto

Válvula de Alivio de Presión

Al Almacenamiento NGL

Monitor de Flujo

Abierto

Línea Principal

Figura 28 Sistema de Alivio de Presión Cuando se abren estas válvulas en las líneas LPG, deben descargar hacia un recipiente presurizado. El LPG no puede ser descargado hacia tanques atmosféricos .

DETECTORES DE FUEGO

Estos detectores se instalan en cualquier construcción en donde haya la posibilidad de fuego ya sea por gas, aire u otro medio. Las casas de bombas, por ejemplo, tienen detectores de fuego pero por lo general no los hay en los edificios de muestreo porque ahí no hay forma o fuente para producirlo. Los detectores de fuego están conectados a la estación controlador lógico programable (PLC) la cual toma acción inmediata en una emergencia. Si un incendio es detectado, el PLC apaga las bombas, cierra y aísla la estación de bombeo, y manda una alarma al centro de control. Existen varios tipos de detectores de fuego: • detectores de calor • detectores de humo • “fire eyes” ultravioleta, y • detectores infrarrojos. Los detectores de calor monitorean los edificios por temperaturas que excedan los límites de seguridad. También monitorean en los edificios

las tasas de aumento de temperatura que excedan los límites de seguridad. Esto significa que aunque la temperatura en un edificio este abajo del máximo de seguridad, pero subiendo rápidamente, la alarma se activa. 42


Los detectores de humo son un método común para detectar fuego, y se usan en la mayoría de casas habitación. Los detectores de humo pueden, a menudo, detectar fuego antes que cualquier detector de fuego porque activan una alarma antes de que haya flama o altas temperaturas que accionen las otras alarmas. Los detectores de rayos ultravioleta “fire eyes” y detectores de rayos infrarrojos monitorean el área de flamas que puedan ser invisibles al ojo humano. Cuando un combustible muy alto en octano se prende,

como el combustible para jets, las flamas pueden no ser visibles al ojo humano. Dentro de un edificio de muestreo, cubículos eléctricos y cuartos cerrados de bombas, los detectores de gases monitorean las concentraciones de combustibles y gases tóxicos para detectar fugas en las tuberías u otro equipo. Los detectores de gases garantizan las seguridades las personas y equipo activando una alarma si la concentración de combustible o de gases tóxicos, dentro de la construcción alcanza límites peligrosos. Los detectores de gases pueden, típicamente detectar gases más ligeros o más pesados que el aire, de manera que ningún gas puede escapar sin ser notado. Los detectores de gas están conectados a la estación de control lógico programable PLC que inicia una secuencia de alarmas y toma otras acciones apropiadas. Por ejemplo, cuando el nivel de gas alcanza el 20% mas bajo del límite de

DETECTORES DE GAS

explosión (LEL), la estación PLC arranca ventiladores (si hay alguno) y activa una luz luz intermitente para para atraer la atención atención hacia la situación.

Cuando el gas alcanza el 40% del limite de explosión (LEL), la PLC apaga todas las unidades en la estación de bombeo. Los detectores de gas controlan también el área por concentraciones peligrosas de gases tóxicos tales como el H 2S. Cuando la concentración de gases tóxicos alcanza límites peligrosos, tales como l0ppm de H2S, mandan una alarma a la estación de control lógico programable PLC. Esta arranca ventiladores (si los hay), y activa una luz intermitente para atraer la atención y, si es necesario, (espacio) apaga la estación de bombeo.

43


REPASO 3

1. Un sistema sistema de sumidero es necesario necesario en una estación de bombeo en caso de _____.

a) b) c) d)

que un un incendi incendioo ocurra ocurra en en la esta estació ciónn de bombe bombeoo que se se detec detecte te gas gas en la la estac estación ión de de bombeo bombeo que una una fuga fuga ocurre ocurre en la est estaci ación ón de bombe bombeoo que haya haya lugar lugar en los los tanque tanquess de almac almacena enamie miento nto

2. Cual de los siguientes siguientes NO es un componente de un sistema de sumidero?_____

a) b) c) d)

vías de dr vías dreena naje je tanq ta nque ue de su sumi mide dero ro válv vá lvul ulaa contr control olad ador oraa de presi presión ón bomb bo mbaa de su sumi mide dero ro

3. Las vías de drenaje son componentes de un sistema de sumidero que_____.

a) temporalmente temporalmente almace almacena na los los líquidos líquidos fugados hasta que puedan puedan regresar a la línea principal b) bombean de regreso regreso los líquido líquidoss fugados fugados hacia la línea línea principal c) captur capturaa cualquier cualquier líquido fugado y lo dirige hacia el tanque tanque de sumidero d) mide la la cantidad cantidad de líquido líquido fluyendo fluyendo hacia dentro del sistema sistema de sumidero 4. El componente de un sistema de sumidero que bombea los líquidos fugados de regreso hacia la línea principal se llama__ llama_____. ___.

a) b) c) d)

tanque tanq ue de su sumi mide dero ro bomba bo mba de lí líne neaa pri princi ncipal pal bomb bo mbaa de de sum sumiide dero ro bomb bo mbaa de de dre drena naje je

5. El componente de un sistema de sumidero que provee provee almacenamiento almacenam iento temporal a los líquidos fugados se llama_____.

a) b) c) d)

44

tanque tanq ue de su sumi mide dero ro tanq ta nque ue de re rete tenc nció iónn tanque para desperdicios patio de tanques


6. Si el tanque de sumidero se llena demasiado, _____.

a) el líqui líquido do se mand mandaa a una fosa fosa de de quemad quemador or donde donde se quem quemaa b) una bo bomba mba empiez empiezaa a bombear bombear el líqui líquido do fuera fuera del tanqu tanquee de sumidero c) el líqui líquido do se derr derrama ama dent dentro ro de las las vías vías de dren drenaje aje d) la válvul válvulaa auxilia auxiliarr del tanque tanque de de sumider sumideroo se abre abre 7. El líquido que sale del tanque de sumidero___ sumidero_____. __.

a) b) c) d)

está contami está contaminad nadoo y debe deshe deshechar charse se segura segurament mentee se va va a un tanqu tanquee para para desp desperd erdici icios os va adentro adentro de la línea línea principa principall de las las bombas bombas corrient corrientee abajo abajo va adentro adentro de la línea línea principa principall de las las bombas bombas corrient corrientee arriba arriba

8. Si ocurre un derrame derrame importante, importante, y la bomba del sumidero no se da abasto para mantener el líquido dentro del tanque de sumidero_____.

a) se dispara una alarma y la bomba de la línea principal se cierra b) el líq líquido uido se se escurre, escurre, de la casa de bombas bombas hacia hacia una alcant alcantararilla del drenaje de servicio c) virt virtual ualmen mente te no hay des desper perdic dicio io d) una bomba bomba auxilia auxiliarr arranca arranca para para ayudar ayudar a bombear el líquido líquido hacia afuera 9. La corriente eléctrica llega generalmente adentro de la estación de bombeo directamente de las líneas eléc- tricas de servicio a_____.

a) b) c) d)

72000V 7200 0V o 23 2300 0000 00V V 7200 72 0000 00V V o 230 23000 000V 0V 4l60 4l 60V V o 720 2000 00V V 120V o 440V

10. Una sub-estación eléctrica_____.

a) contiene contiene los los aditamen aditamentos tos del siste sistema ma de control control de de tubería tubería (PCS) (PCS) b) dism disminuy inuyee la fuerza fuerza eléctri eléctrica ca de las las líneas líneas de servicio servicio a 4l60V 4l60V y más bajo voltaje c) aume aumenta nta la pote potencia ncia de de las líneas líneas de de servicio servicio de corrien corriente te a 230000V d) mant mantiene iene consta constante nte la fuerza fuerza de de las líneas líneas de servic servicio io a 200000V 200000V

45


11. Los transformadores de bajo voltaje_____.

a) disminuyen disminuyen la fuerza de las líneas de corriente corriente a 4l60V y a más más bajo voltaje b) dismin disminuyen uyen la fuerza eléctr eléctrica ica de la sub-esta sub-estación ción a bajo (por (por ejemplo, l20V) voltajes c) monitor monitorean ean la cantida cantidadd de flujo flujo eléctri eléctrico co a través de un circui circuito to eléctrico d) apaga y enciende enciende equipo equipo cuando cuando se se necesite necesite conser conservar var energía energía 12. Interruptores___ Interruptores_____. __.

a) bajan bajan la fuerz fuerzaa de la sub-e sub-esta stació ciónn a un voltaje voltaje muy muy pequeño pequeño b) son rregulado eguladores res (arranc (arrancar/apa ar/apagar) gar) que bajan bajan la la fuerza fuerza en en las líneas eléctricas c) regulan la cantidad cantidad de flujo flujo de corrie corriente nte a través de un circui circuito to eléctrico d) son regulado reguladores res arranca arrancar/apag r/apagar ar que control controlan an y protege protegenn la cantidad de flujo corriente a través de un circuito eléctrico 13. Si fluye mucha corriente monitorear a través de un circuito un interruptor_____ interruptor_____..

a) b) c) d)

automática automát icament mentee descon desconect ectaa el circ circuit uitoo manda man da una una alarma alarma al cent centro ro de de contr control ol cambia cam bia de direc direcció ciónn de corrient corrientee hacia hacia otros otros circuit circuitos os bajaa la fuerza baj fuerza que que viene viene a través través de la líne líneaa eléctr eléctrica ica

14. El tipo de detectores de fuego que pueden a menudo detectar incendios antes que cualquier otro detector se llaman______.

a) b) c) d)

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detect dete ctor ores es de rayos rayos infr infrar arroj rojos os detect det ectore oress de de rayo rayoss ultr ultravi aviole oleta ta dete de tect ctor ores es de hu humo mo dete de tect ctor ores es de de cal calor or


15. El objetivo de la válvula de alivio de presión es asegurar la operación sin riesgo___. r iesgo___.

a) control controland andoo la presión presión del del líquido líquido al entra entrarr en una bomba bomba b) desvian desviando do el flujo hacia una fosa fosa de quema quemador dor en una emeremergencia c desv desvian iando do el el líquid líquidoo de la línea línea pri princi ncipal pal de de la est estaci ación ón de de bombeo d) descar descargando gando la presión presión en un sistema de tubería tubería cerrad cerradaa si la presión sube más allá de los límites permitidos

Las respuestas respuestas están al al final del módulo. módulo.

47


SECCIÓN 4

SISTEMA DE CONTROL Los operadores del centro de control controlan las operaciones en la estación de bombeo desde un lugar distante usando un sistema de control del oleoducto. Esta sección describe el sistema de control y sus componentes en el centro de control y en la estación de bombeo. También describe las rutas que las órdenes y datos siguen en el sistema, así como las ventajas de usar el sistema de control del oleoducto. Después de esta sección, usted podrá completar los siguientes objetivos. • Identificar el término Sistema Scada. • Describir brevemente la ruta de datos de la estación de bombeo al centro de control. • Describir la función e importancia de los siguientes componentes del sistema de control: - unid unidad ad ter termi minal nal dist distan ante te (R (RTU) TU) - cont control rolado adorr lógic lógicoo progra programa mable ble (PL (PLC) C) - tran transm smis isore oress de pres presió ión, n, y - el block block proporc proporciona ionall deriva derivativo tivo integral integral (PI (PID). D). • Describir las ventajas operacionales de usar el sistema SCADA.

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

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SISTEMA SCAD SCADA A

La mayoría de las estaciones estaciones de bombeo no tienen personal. Las operaciones de la estaciones de bombeo están controladas por el centro operador de control desde un sitio distante el usando sistema SCADA. Adquisición de Información y Control Supervisorio (SCADA) , es un sistema complejo de computadoras receptoras, conjuntos, medios de comunicación y dispositivos e instrumentos que reúnen y analizan datos de operación y envían reportes de vuelta al centro de control. Adicionalmente, el SCADA lleva informes enviados enviados por el operador operador al centro de control. El SCADA se describe y explica en detalle en el

programa de entrenamiento Sistema de Control de Tuberías. El sistema SCADA es jerárquico (ver Figura 29). Los comandos van desde arriba de la jerarquía hacia el fondo, mientras que la información fluye desde abajo de la jerarquía hacia arriba. La terminal del centro de control, computadora receptora, y procesador de comunicaciones, están localizados en el centro de control. La unidad terminal distante (RTU), (RTU), el control lógico programable (PLC) e instrumentos y dispositivos están colocados en la ubicación del campo. Los operadores toman decisiones acerca de que acciones llevar a cabo basados en la información de sus monitores en el centro de control. Empecemos en el fondo de la jerarquía SCADA y brevemente examinemos como la información llega al centro de control.

Estación de Trabajo

Centro de Control Nivel de Recepción

CFE

Información Comunicación

RTU

Estación

Figura 29 Jerarquía SCADA El sistema SCADA es jerárquico, esto es - un sistema SCADA esta compuesto de un numero de subsistemas colocados uno arriba de otro.

Controlador Lógico Programable PLC

Campo Instrumento o Dispositivo

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El término instrumento se refiere a un dispositivo mecánico o electrónico que mide y registra, presenta o trasmite información acerca de un solo aspecto de la operación de oleoductos tuberías. Los instru-

INSTRUMENTOS

mentos pueden medir temperatura, presión, viscosidad, densidad y niveles de vibración y estado del equipo en la estación de bombeo y trasmitir el material a la estación PLC. El Controlador Lógico Programable (PLC):

• recopila y analiza los datos primarios de los instrumentos • trasmite datos importantes a la terminal distante para transmisión posterior al centro de control y • lleva a cabo funciones locales de control basadas en la información recibida. El PLC registra cada instrumento, organiza y recopila la información recibida. En algunos casos, el PLC actúa sobre la información que recibe. Por ejemplo, si un detector detector de rayos ultravioleta descubre una luz y la asocia con la posibilidad de fuego, el PLC automáticamente inicia la secuencia de apagado como se describe en la Sección 3 El PLC también controla automáticamente las bombas y los ajustes de las válvulas, operación de sumidero y otras tareas rutinarias. Mientras puede haber una o más PLCs para cada casa de bombeo, hay solamente una RTU para toda la estación de bombeo. La unidad terminal distante (RTU) es una computadora que recopila información que vienen de todos los PLCs en la estación de bombeo. El RTU

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)

UNIDAD TERMINAL DISTANTE (RTU)

analiza y presenta en pantalla los datos y trasmite solamente al centro de control los datos relevantes. Cuando la información del RTU llega al centro de control, va al (CFE) controla todas las transmi procesador de comunicaciones . El CFE controla

CENTRO DE CONTROL

siones que llegan y salen, las traduce, y las dirige hacia el operador que controla la línea en particular.

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LLEVANDO A CABO UNA ORDEN

En respuesta a la información de la terminal, el operador puede decidir arrancar la unidad de bombeo. SCADA ejecuta los chequeos de seguridad, verifica que la unidad de bombeo seleccionada pueda arrancarse, y empieza el proceso para llevar a cabo la órden. La órden de la unidad de arranque viaja hacia abajo a través de la jerarquía en su respuesta al dispositivo. El control de la secuencia de arranque es llevado a cabo en el nivel PLC. El PLC lleva a cabo las tareas tales como abrir y cerrar válvulas, poner a tiempo las secuencias, monitorear y responder a los cambios de presión, niveles de vibración, temperaturas, y arrancar y parar las unidades de bombeo. Durante el arranque, el sistema SCADA necesita información precisa acerca “case” de presiones de succión “case” y descarga, de las bombas así también como la situación y estado de cada motor. motor. Esta información permite al sistema SCADA asegurar que la bomba arranque con seguridad, y abortar el arranque si sucede alguna situación insegura. Para determinar las presiones del casco de succión y descarga, los transmisores de presión están estratégicamente colocados dentro de la estación de bombeo. Uno esta

inmediatamente antes de las bombas para determinar la presión de succión. Otro está directamente después de las bombas pero antes de la válvula de control, para determinar la presión del casco. Otro está colocado después de la válvula de control para determinar la presión de descarga. Cada uno de estos transmisores esta ligado a un sensor electrónico de presión , que reacciona a la presión del líquido que fluye. Estos transmisores codifican estas reacciones en señales electrónicas que son entonces trasmitidas al PLC.

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Trasmisor de Presión

Sensor de Presión

Figura 30 Transmisor de Presión Para determinar la succión y pr esiones del casco y descarga, los transmisores de presión están colocados dentro de la estación de bombeo. Cada uno de estos transmisores está ligado a un sensor electrónico de presión que responde a la presión del líquido fluyendo. Los transmisores codifican estas respuestas en señales electrónicas las cuales son entonces trasmitidas al PLC.

Durante la secuencia de arranque el PLC lee cada una de esas presiones. En el caso de que exceda o bajen ligeramente los límites preestablecidos, el PLC abortara el arranque. Si una bomba está trabajando y cualquiera de las presiones se excede o cae ligeramente de sus límites preestablecidos, el PLC apaga la bomba.

El PLC también controla las condiciones de los motores que mueven las bombas. Cada motor es protegido por reles sofisticados que monitorean las corrientes del motor y los niveles de vibración así como las temperaturas del embobinado y baleros. Todas estas condiciones se miden y trasmiten al PLC. Si alguna excede los límites seguros de operación, el PLC aborta el arranque o apaga las bombas, si ellas estuvieran trabajando.

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DERIVACIÓN INTEGRAL PROPORCIONAL

LIMITES DE SEGURIDAD DE PRESIÓN

La Derivación Integral Proporcional (PID) es parte del sistema de controll que determina con que rapidez el sistema reaccionara contro reaccionara a cambios, tales como cambios entre puntos preestablecidos y valores.

El block PID controla la presión de las válvulas de control.

El computador a nivel receptor, el RTU y el PLC, cada uno está equipado para tomar acción protectora si ellos pierden contacto con los otros. Si algún eslabón de comunicación entre receptor, RTU RTU y PLC se interrumpe, por lo menos uno de los otros asegura que la estación continúe operando con seguridad. Aquí está como puede trabajar: El Nivel de Computadores Recptores de continuamente cuestiona al RTU. RTU. La comunicación puede perderse por un período de cinco minutos antes que la estación corriente arriba llegue a los límites de presión de seguridad. Si no hay respuesta, se inicia un procedimiento de fallo de comunicaciones . Esto quiere decir que cuando la comunicación con la estación se pierde, la señal del receptor de la siguiente estación corriente arriba dirige la presión a límites de seguridad. De la misma manera, si el RTU pierde comunicación con el receptor, se activa una orden a la estación para alcanzar una presión que este dentro de los límites de seguridad. Si el PLC pierde comunicación con el RTU RTU dentro de la estación, el controlador mismo llevará a la estación a los límites de la presión dentro de los límites de seguridad.

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1. Cuál de los siguientes siguientes no es una función del sistem sistema a SCADA?

a) mandar órdenes desde el centro centro de control control al lugar lugar apropiado apropiado de la estación de bombeo b) proyect proyectaa las grandes cantid cantidades ades de informac información ión que que viene viene desde los diferentes instrumentos de la estación c) mon monito itorea rea las las alarma alarmass y apaga apaga la estac estación ión de bombe bombeoo si es necesario d) red reduce uce la fuerz fuerzaa de la sub-e sub-esta stació ciónn

REPASO 4

2. Las órdenes órdenes enviadas enviadas a la unidad terminal distante distante (RTU) son analizadas y llevadas a cabo por _____.

a) b) c) d)

motoress de frec motore frecuen uencia cia var variad iadaa (VFDs (VFDs)) tran tr ansm smis isore oress de de pre presi sión ón contro con trolado ladores res lógic lógicos os progra programabl mables es (PLCs (PLCs)) válvul vál vulaa de con control trol de pres presión ión (PC (PCVs) Vs)

3. Las unidades terminales distantes (RTUs) están localizadas______.

a) b) c) d)

en un lug lugar ar centr central al de cad cadaa estac estación ión de de bombeo bombeo en el ce cent ntro ro de co cont ntrol rol en el ed edif ific icio io de mu mues estr treo eo a lo la larrgo de dell PL PLC C

4. Los transmisores de presión trasmiten información de la presión de las bombas directamente a el ______.

a) b) c) d)

unidad ter unidad termina minall dis distan tante te (R (RTU) TU) contro con troll lógi lógico co prog programa ramable ble (PL (PLC) C) cent ce ntro ro de co cont ntro roll todo to doss los los de ar arri riba ba

5. Para determinar la presión de succión, se coloca coloca un transmisor de presión _____.

a) b) c) d)

entre la bomba entre bomba y la la válvula válvula cont control rolado adora ra de pres presión ión solame sol amente nte corri corrient entee arriba arriba de las las bombas bombas corrie cor riente nte aba abajo jo de de la vál válvula vula de cont control rol corr co rrie ient ntee abaj abajoo de las las bom bombas bas

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6. Para Para determin determinar ar la presi presión ón de desc descarg arga a se coloc coloca a un transmisor ______.

a) b) c) d)

justoo corri just corrien ente te arri arriba ba de la la bomba bomba corrie cor riente nte abajo abajo de la la válvula válvula de de control control de pres presión ión justo después de la bomba corrie cor riente nte arrib arribaa de la válvul válvulaa de contro controll de presió presiónn

7. Para determinar la presión del “case” “case” se coloca coloca un transmisor a_____.

a) b) c) d)

en el motor de la bomba entre la bomba y el control de la válvula de presión corriente abajo de la válvula de control justo corriente arriba de la bomba

8. Si la presión presión del líquido líquido excede o cae ligeramente ligeramente de los límites preestablecidos durante la secuencia de arranque, el PLC _____.

a) b) c) d)

arranca la bomba de cualquier forma cierra la bomba restablece los límites de presión automáticamente aborta la secuencia de arranque

9. Si la presión no se mantiene entre los límites preestablecidos en una bomba trabajando el PLC _____.

a) b) c) d)

hace que hace que la bomb bombaa opere opere norm normalm alment entee apaga la bomba procesa una señal a través del PID a la PCV para cerrar alguna monitorea y registra la presión trasmitida

10. El block derivación integral proporcional (PID) controla _____.

a) b) c) d)

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los motores de frecuencia variable (VFD) los controladores lógicos programables (PLC) las válvulas de control de presión válvulas de fosa de quemador


11. Sin un PLC no se puede comunicar con el RTU el PLC _____.

a) continúa operando al último punto fijado por el RTU b) para completamente el equipo que controla c) intenta desviar desviar el RTU y comunicarse directamente con con el computador receptor d) dirige todo lo que controla a límites de presión seguros

Las respuestas respuestas están al al final del módulo. módulo.

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SECCIÓN 1 - EL LÍQUIDO FLUYE A TRAVES DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO

RESUMEN • El líquido que llega a una estación de bombeo primero va a las válvulas de succión y derivación. Las válvulas de succión y de derivación son dos válvulas ABRIR/CERRAR (generalmente válvulas de compuerta). Si la válvula de succión succión de la estación está está abierta y la válvula de derivación está cerrada, el líquido fluye hacia dentro de la estación de bombeo. Si la válvula de succión de la estación está cerrada y la válvula de derivación está abierta, el líquido continúa moviéndose en la línea principal y no entra a la estación de bombeo. • Una porción del fluido se puede desviar a una variedad de diferentes dispositivos automáticos de muestreo antes que entren a la unidad de bombeo en su camino hacia la unidad de válvulas de succión. • La fosa de quemador es un pozo abierto en el suelo donde productos muy volátiles pueden purgarse y quemarse si es necesario. La fosa de quemador permite a la estación de bombeo quitar y disponer seguramente productos altamente volátiles.

SECCIÓN 2 - UNIDAD DE BOMBEO • La mayoría de los oleoductos utilizaran bombas centrífugas para las unidades de líneas principales. Los motores eléctricos son generalmente el método mas común para dar potencia a las unidades de bombeo. Cuando la electricidad no es accesible, los motores diesel son la mejor alternativa para proveer de corriente a las unidades de bombeo. • Un motor de frecuencia variable permite al operador ajustar la presión de descarga de la estación de bombeo controlando la velocidad del motor y la bomba. • Los líquidos salen de la bomba a través de una válvula de descarga. Como la válvula de succión, la de descarga es una válvula ABRIR/ CERRAR tal como una válvula de compuerta o una válvula de bola. La válvula de descarga debe abrirse parcialmente para que la bomba arranque. • Muchas bombas en configuración en serie crean mayor descarga de presión que una sola bomba grande. En este tipo de configuración las bombas están ligadas unas con otras para que la descarga de una bomba pase al interior de la otra. • En una instalación de bombas en paralelo, el líquido que entra a la estación de bombeo es dividido entre varios canales separados. El líquido sigue en un canal a través de una bomba y después se reúne con el líquido de otra bomba y vuelve a entrar a la línea principal. Las bombas en paralelo aumentan la capacidad de flujo sobre esa de una sola bomba pero solamente aumenta la presión por la cabeza de una sola bomba. 58


• Las válvulas de controlar de presión (PCVs) se usan para regular la presión del fluido en el lado de descarga de las unidades de bombeo. Las PCVs regulan la presión combinando el tamaño de abertura a través de la cual pasan los fluídos. • Cada PCV tiene una derivación así que la PCV puede ser reparada o reemplazada sin interrupción para el líquido que fluye hacia la línea principal. • La válvula de retención es una válvula automática de un solo sentido. El líquido puede fluir a través de la válvula en una dirección solamente. Las válvulas de retención se abren por la presión del flujo del líquido. Cuando el flujo del líquido en la dirección que se desea cae a cero, la válvula se cierra y evita el flujo en contra. • La secuencia para productos refinados se usa para tuberías que transportan productos refinados. Con esta secuencia, las válvulas se dejan abiertas por completo en la secuencia de paro de la unidad. • La cavitación es la formación, e implosión de pequeñísimas burbujas en un líquido. La cavitación se produce cuando la presión en la tubería baja a la presión de vapor del líquido que está transfiriéndose. • La cabeza de succión positivo neto (NPSH) es la presión que empuja al líquido hacia la boquilla de succión de una bomba centrífuga.

SECCIÓN 3 - SISTEMAS AUXILIARES DE SEGURIDAD • Las vías de drenaje están localizadas alrededor de los equipos de tuberías y recogen cualquier fuga de líquido. El líquido viaja por las vías de drenaje hasta el sumidero. • El tanque sumidero es una instalación de almacén temporal para fugas de líquidos. Si llega a suceder una fuga mayor, la bomba del sumidero no es capaz de bombear el líquido fuera del tanque sumidero tan rápido como el líquido llega por las vías de drenaje. Cuando esto sucede, el nivel del líquido en el tanque sumidero aumenta a un punto donde dispara una alarma y la estación de bombeo se cierra. • En la subestación eléctrica un transformador grande baja la corriente de alto voltaje para cubrir los diferentes voltajes requeridos en tode la estación. • Los transformadores de bajo voltaje bajan la corriente de la subestación a más bajos voltajes para uso de los diferentes componentes electrónicos. • Los interruptores son reguladores ABRIR/CERRAR que monitorean y protegen la cantidad de corriente que fluye a través de un circuito eléctrico. Cuando fluye demasiada corriente a través del circuito, el interruptor desconecta automáticamente el circuito. 59


• Una válvula de alivio de presión es una válvula de seguridad que se abre automáticamente para relevar la presión en un sistema de tuberia cerrada, tal como una sección de tubería aislada. • La mayoría de las temperaturas de los líquidos se toman electrónicamente, usando un detector de temperatura de resistencia (RTD). (RTD). Un RTD es una banda delgada de acero insertada dentro de un tubo de acero o thermowell (termocople) puesto dentro de la tubería y llenado con un líquido (normalmente anticongelante), que toma la temperatura del líquido a través de la tubería. • Un densímetro toma el líquido de una línea de llegada y manda este a través de un transductor que es una cinta larga fina que tiene la bomba colocada para buena circulación. Dentro del tubo está está una tira larga fina de metal. Cuando el líquido fluye dentro del tubo el metal vibra. Estas vibraciones son tomadas por sensores y las trasmiten a una computadora que convierte la señal en kg/m3. • El detector de gases monitorea el combustible y las concentraciones de gas tóxico para detectar fugas en las tuberías y otro equipo. • Los detectores de fuego se instalan en cualquier cualq uier edificio donde haya la posibilidad de gas, aire, y un origen de ignición creano un fuego. Los detectores de calor monitorear el edificio por temperaturas que exceden los límites seguros de operación. Los detectores de humo pueden detectar, a menudo, fuegos antes que cualquier otro detector de fuego porque ellos activan una alarma antes de que se formen flamas o que altas temperaturas disparen otras alarmas. Los “fire-eyes” ultravioleta monitorear el área por flamas que pueden ser invisibles al ojo humano. Los detectores infrarrojos también checan el área por calor y flamas invisibles.

SECCIÓN 4 - SISTEMAS DE CONTROL • Los RTU controlan el flujo de información entre la estación de bombeo y el centro de control, mandando información muy significativa de los sensores en la estación de bombeo de regreso al centro de control, y dirigiendo las ordenes recibidas del centro de control al destino adecuado en la estación de bombeo. • Los PLCs son sofisticados instrumentos con base de computador que pueden monitorear y controlar muchos tipos de dispositivos al mismo tiempo incluyendo bombas y válvulas, y hacer ellos todo el trabajo juntos. • Si el receptor no tiene una respuesta del RTU, se inicia un “commout” esto es, un procedimiento de falla de comunicación a la estación. Cuando un tiempo preestablecido ha pasado, el computador receptor manda una señal a la siguiente estación corriente arriba y pide al RTU cambiar todas sus variables de operación a ajustes seguros. 60


Adquisición de Información Información y Control Supervisorio Supervisorio (SCADA)

es un sistema complejo de computadoras receptoras, receptoras, conjuntos, medios de comunicación, dispositivos e instrumentos que reúnen y analizan datos de operación y envían reportes al centro de control. Además, el SCADA lleva comandos enviados por el operador al centro de control. (p. 50)

GLOSARIO

bomba centrífuga

una máquina que usa fuerza centrífuga para convertir energía mecánica en presión. (p. 24) bombas de etapas múltiples

es una bomba con dos o más impulsores que sube la presión del líquido, y puede alcanzar la salida de presión de dos o más unidades en serie. (p. 32) cabeza de succión positivo neto (NPSH)

la presión de cabeza que empuja el líquido dentro de la boquilla de succión de una bomba centrifuga. cavitación

la cavitación tiene lugar cuando la presión en la tubería cae a la presión de vapor de el líquido que se traslada. (p. 28) configuración de bombas en paralelo

es una configuración en donde el líquido que entra a la estación de bombeo se divide en dos o más canales separados. El líquido sigue cada uno de los canales a través de su bomba y después junta el líquido de otros canales y los mete a la línea principal. (p.32) configuración configurac ión en serie

es una configuración de bombas en las que estas están ligadas unas con otras para que la descarga de una bomba entre al interior de la otra. (p. 28) control lógico programable (PLC)

es un computador especializado en el control de dispositivos, junta información de los instrumentos, y trasmite y recibe datos del RTU el cual toma acción inmediata en una emergencia. Si se detecta fuego, el el PLC apaga las bombas, cierra y aísla la estación de bombeo, y manda una alarma al centro de control. densímetro

es un instrumento que saca el líquido de una línea de llegada y lo manda a través de un transductor que es una cinta larga que tiene la bomba colocada para buena circulación. Dentro del tubo está una tira tira larga fina de metal. Cuando el líquido fluye dentro del tubo el metal vibra. Estas vibraciones son tomadas por sensores y las transmiten a una computadora que convierte la señal en lbm /ft3 (kg/m3). (p. 10)

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derivación integral proporcional (PID)

es parte del sistema de control que determina con que rapidez el sistema reaccionará a los cambios, tales como cambios entre puntos preestablecidos y valores. (p. 54) detector de calor

es un aditamento que hace que las temperaturas en los edificios no excedan los límites de seguridad. (p. 42) detectores de rayos infrarrojos

es un detector de fuego que checa el área por flamas y calor que puedan ser invisibles al ojo humano. (p. 43) detector de rayos ultravioleta “fire-eyes”

Son detectores que monitorean el área de flamas que puedan ser invisibles al ojo humano. Cuando un combustible muy alto en octano, como el combustible para jets, se encienda, las flamas pueden no ser vistas por el ojo humano. (p. 43) detector de resistencia térmico (RTD)

es un instrumento usado para medir la temperatura. Consiste en una banda delgada de acero insertada dentro de un tubo de acero o thermowell dentro del tubo. El thermowell se llena con un líquido (normalmente glucosa) que adquiere la temperatura del líquido que fluye dentro del conducto. (p. 9) dispositivo de muestreo

es un tubo de diámetro muy pequeño colocado en la tubería de succión de la estación para tomar muestras de calidad del producto, temperatura, densidad y viscosidad. (p. 9) estación de bombeo

instalaciones construidas a intervalos a lo largo de un oleoducto para dirigir y empujar el flujo de aceite. aceite. Tiene bombas y otros equipos. falla en las comunicaciones

una falla en elenlace de comunicaciones entre al menos dos del computador receptor de los receptores RTU y PLC. (p. 54) fosa de quemador

es un pozo abierto en el suelo donde productos muy volátiles pueden purgarse y quemarse si es necesario. (p. 12) impulsor

es un dispositivo giratorio que usa fuerza centrífuga para aumentar la velocidad del líquido al entrar a la bomba. (p. 24) interruptor de circuito

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un regulador ABRIR/CERRAR que monitorea la cantidad de corriente fluyendo a través de un circuito eléctrico. Cuando fluye mucha corriente a través del circuito el interruptor automáticamente desconecta el circuito. (p. 40)


instrumento

es un dispositivo que mide y registra información acerca de la operación y condiciones de oleoducto, incluyendo presión o sensores de temperatura, medidores dispositivos de detección. (p. 5l) límite más bajo de explosión

es un límite de nivel de gas al 20%. A este nivel el PLC activa el LEL en lvgar de alarma y arranca (si hay) ventiladores. (p. 43) motor de frecuencia variable (VFD)

controla la velocidad de un motor eléctrico ajustando la frecuencia de fuerza de corriente alterna usada por el motor. (p. 27) procesador de comunicaciones (CFE)

es un aditamento en la computadora que controla todas las comunicaciones que entran y salen del RTU, traduciéndolas y dirigiéndolas hacia el área apropiada. (p. 5l) tanque sumidero

es una instalación para el almacenamiento temporal para fugas y escurrimientos de líquidos. (p. 39) transformador de bajo voltaje

es un transformador eléctrico que baja la fuerza de energía a un voltaje más bajo desde una sub-estacion, para usarse en varios sistemas electrónicos de control en la estación de bombeo. (p. 40) transmisores de presión

son transmisores microprocesadores, uno colocado antes de la bomba para determinar la presión de succión, otro después de la bomba pero antes de la válvula de control para determinar la presión del casco, y otro colocado después de la válvula de control para determinar la presión de carga. (p. 52) unidad terminal distante

es una computadora localizada en la estación de bombeo, que recopila información que viene de todos los PLCs del lugar, y trasmiten esa información de regreso hacia la computadora. (p. 51) válvula de alivio

es una válvula ABRIR/CERRAR, tal como una válvula de compuerta o una válvula bola que permite permite o no, que el líquido salga de la bomba. (p. 28) válvula de alivio de presión

es aquélla que se abre automáticamente para dejar escapar la presión a un sistema cerrado de tubería tal como una sección de tubería aislada. Ayudan a garantizar la seguridad del personal y la integridad del equipo drenando el líquido extra hacia el sumidero en el caso de que la presión suba fuera de los límites permitidos. (p. 4l) 63


válvula de control de presión

es aquella que regula la presión en la línea principal de las estaciones de bombeo, restringiendo el flujo por medio de un globo o tapón accionado por un actuador electrohidráulico. (p. 16) válvula de compuerta

es aquélla que bloquea el paso del líquido a través de la tubería bajando una compuerta. (p. 6) válvula de derivación

es una válvula ABRIR/CERRAR que permite desviarse a los líquidos de una estación de bombeo cuando está abierta, y forza a los líquidos a entrar a una estación de bombeo cuando está cerrada. Opera en conjunto con la válvula de entrada. (p. 6) válvula de retención

una válvula que permite flujo en una dirección solamente. (p. l7) válvula de succión

es una válvula ABRIR/CERRAR, tal como la válvula de compuerta o la válvula de bola. Si la válvula se abre, el líquido puede fluir dentro de la bomba. Si la válvula está cerrada no puede pasar hacia la bomba. (p. 24) válvula de succión de estación

es una válvula ABRIR/CERRAR que permite al líquido entrar a una estación de bombeo cuando está abierta, y forza al líquido a desviarse cuando una estación de bombeo está cerrada. Opera junto con la válvula de derivación. (p. 6) válvula globo

es aquélla que abre y cierra cuando un tapón que está adherido a un vástago, se mueve longitudinalmente en una cavidad esférica o con forma de bola. (p. 12) vías de drenaje

están localizadas alrededor de los equipos de oleoductos capturan y el líquido. (p. 39) viscosímetro

un instrumento que mide electrónicamente la viscosidad. (p. 11) voluta

es una parte especial con forma de cuerno de la cubierta de la bomba en una bomba centrifuga. (p. 24)

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REPASO 1

REPASO 2

REPASO 3

REPASO 4

1. c

1. a

1. c

1. d

2. a

2. b

2. c

2. c

3. b

3. c

3. c

3. a

4. c

4. a

4. c

4. b

5. d

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5. a

5. b

6. a

6. b

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7. a

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9. c

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11. a

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13. d

13. a

14. b

14. c

15. a

15. d

RESPUESTAS

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Estaciones de bombeo

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