Balance de Masa y Energia

N

INFORMEN 1.1.2.21.3-2012-14022-MC-P-FE-1REV.A

ADECUACION LEGAL SISTEMA DE DETECCION DE FUGASHOJA17 de 17

ttulo: BALANCE DE MASA Y ENERGIARESERVADO

RELEVAMIENTONRC.676-AISAC-FLC-CNPC.Z1-150209

CLIENTE:CNPC PERU Lote XHOJA1 de 11

PROGRAMA:SISTEMA DE DETECCIN DE FUGAS EN DUCTO EN ZONA DE

ALTA CONSECUENCIA LOTE X

REA:EL ALTO

FELECINTTULO:BALANCE DE MASA Y ENERGIA

CONTRATO N:

RESP. TCNICO:

VICTOR R. ARANA RODRGUEZ - CIP.:76596

DOCUMENTO N:RC.676-AISAC-FLC-CNPC.Z1-150209

NDICE DE REVISIONES

REV.DESCRIPCIN Y/O HOJAS ALCANZADAS

0

A

BEMISIN ORIGINAL

REVISIN GENERAL / PARA APROBACIN

PARA CONSTRUCCIN

REV. 0REV. AREV. B

FECHA10/02/15

PROYECTOV.A.R.

EJECUCIN

VERIFICACIN

APROBACIN

LAS INFORMACIONES DE ESTE DOCUMENTO SON PROPIEDAD DE CNPC, SIENDO PROHIBIDA LA UTILIZACIN FUERA DE SU FINALIDAD.

CONTENIDO

31.OBJETIVO

32.ALCANCE

33.ubicacin DE LAS INSTALACIONES

33.1.Ubicacin de las Instalaciones

44.bases y criterios de diseo

44.1.Metodologa Aplicada

44.2.Documentos de Referencia

44.3.Datos Fsicos y Qumicos

55.BALANCE DE MASA Y ENERGA

55.1.Premisas

65.2.Balance de Masa y Energa.

1. OBJETIVOSuministrar la informacin sobre el balance de masa y energa de las nuevas facilidades para la implementacin del Sistema de Deteccin de Fugas en Ductos en el tramo de Alta Consecuencia ubicado en el Oleoducto El Alto - EB 951 (Oleoducto El Alto/ Batera TA-25 Nodo Final de Control de Alta Consecuencia).2. ALCANCEEl alcance del documento contempla en su elaboracin los parmetros de presin, temperatura, caudal, flujo msico y las propiedades de las corrientes de proceso asociadas para implementar el Sistema de Deteccin de Fugas en Ductos (SDFD) en el tramo de Alta Consecuencia ubicado en el Oleoducto El Alto/ Batera TA-25 Nodo Final de Control, con la finalidad de cumplir con lo establecido en el DS-081-2007 EM Reglamento de Transporte de Hidrocarburos por Ductos.3. ubicacin DE LAS INSTALACIONES 3.1. Ubicacin de las Instalaciones El proyecto se efectuar en la zona petrolera LOTE X, en la ciudad de El Alto, Provincia de Talara Departamento de Piura, donde actualmente CNPC PERU desarrolla sus actividades petroleras.

Se considera implementar el Sistema de Deteccin de Fugas en Ductos en el tramo de Alta Consecuencia (de ERFV de 3,317 m de longitud) ubicado en el Oleoducto El Alto - EB 951; incluye el segmento de ducto procedente de la Batera TA-25 hacia el Nodo Intermedio existente en el ducto de ERFV. Las instalaciones se encuentra ubicadas en la zona de Taiman del Lote X, Distrito de El Alto, Provincia de Talara, Departamento de Piura, a 60 minutos de Talara, prxima a la carretera Panamericana en la va a Tumbes.Perfil del Ducto

4. bases y criterios de diseo

4.1. Metodologa Aplicada

Este mtodo basado en medicin determina el desbalance de la medicin de volmenes de entrada (recibo) y salientes (de entrega). El desequilibrio se compara contra un umbral predefinido de alarmar para un intervalo del tiempo seleccionado (ventana de tiempo). No hay ninguna compensacin para el cambio en el empaque de la tubera debido a la presin, temperatura o composicin. Los clculos del desequilibrio se realizan tpicamente de los medidores de recibo y de la entrega, pero los volmenes menos oportunos menos exactos pueden ser determinado de un tanque de medicin. El balance de la lnea puede ser completado manualmente debido a su simplicidad.Para dimensionar la capacidad de las lneas y los equipos de procesos requeridos en el tramo de la Estacin de El Alto /Batera TA-25 hasta el punto de encuentro de ambas corrientes, contemplados en el Proyecto de Deteccin de Fugas en Ductos de Alta Consecuencia, se ejecutan los siguientes pasos:

Elaboracin de modelos de simulacin de procesos para los sistemas de bombeo y transporte de hidrocarburos por ductos para la resolucin de los balances de masa y energa, y con ello obtener las propiedades fsicas y termodinmicas de fluidos asociadas a la operacin del sistema de transferencia de fluidos lquidos desde la Estacin de El Alto / Batera TA-25 hacia el punto de encuentro de ambas corrientes.4.2. Documentos de Referencia

Documento Ingeniera Conceptual Monitoreo de Fuga en Ductos, para zona de Alta Consecuencia El Alto. 4.3. Datos Fsicos y Qumicos

Tabla 1. Caractersticas y Parmetros de los Fluidos del SistemaEntradasCapacidad de Bombeo (Bph)Presin Descarga (psig)

NominalOperacinNominalOperacin

Estacin de Bombeo El Alto250220300180

Batera TA-25200200350200

EntradasGravedad (API)Corte de Agua %

Estacin de Bombeo El Alto3330

Batera TA 253227

Tabla 2. Caractersticas de tramos de alta consecuencia

TramoMaterialLongitud (pies)Dimetro Interno (plg)Volumen (BLS)

Est. El Alto Intersecc. TA-25 ERFV6187.26.420247.73

TA-25 Intersecc. Est. El AltoAcero al Carbono1297.94.02620.44

Nodo Intersecc. Punto FinalERFV4481.76.420179.45

Acero al Carbono295.56.06510.56

5. BALANCE DE MASA Y ENERGALa batera TA-25, transfiere un estimado de 747 BPD de bruta con un corte de agua del 27% y un flujo de gas de 1,430 MMPCED.La Estacin de bombas El Alto transfiere la produccin de las bateras que confluyen en ella hacia la Estacin 951 Zapotal. Las bateras comprometidas son PN-32, PN-33, TA-27 y la produccin de los pozos SWAB descargados en la Estacin El Alto.5.1. PremisasPara la realizacin del balance de masa y energa se consideraron las siguientes premisas generales:

El flujo volumtrico de los fluidos en fase lquida de la mezcal crudo/ agua de la Batera TA-25, corresponde al pronstico de produccin. Esta corriente es transferida por un ducto de acero de 4 Sch40 de 395 mts de longitud desde la Batera hasta el Nodo de Interseccin en el que se junta con la corriente proveniente de la Estacin de Bombas El Alto. El flujo volumtrico de los fluidos en fase lquida de la mezcal crudo/ agua bombeado de la Estacin de Bombas El Alto, correspondiente a la produccin de las bateras PN-32, PN-33 y TA-27, as como el volumen de la produccin de SWAB descargado en esta estacin, corresponde al pronstico de produccin. La corriente transferida descarga al ducto de ERFV de 6 x 1877 mts hasta el Nodo de Interseccin en el que confluye con el de la batera TA25. De este Nodo la corriente consolidada contina por el ducto de ERFV de 6X 1430 mts hasta el cruce de la carretera Panamericana, luego del cual tiene instaladas facilidades de medicin de parmetros como flujo y presin. Estos parmetros son transmitidos hacia el Centro de control de informacin en donde se realiza la confrontacin con los parmetros tpicos de la transferencia regular volumtrica con registros tpicos de presin, analizando la variacin de los desvos conforme a la Base de Datos para cada escenario de transferencia. El Balance de Masa y Energa se gener utilizando el programa de simulacin ASPEN HYSYS V7.3. El Modelo Termodinmico usado, para la prediccin del equilibrio lquido-vapor y determinacin de las propiedades de los fluidos, es la ecuacin de Estado de Peng Robinson.

Los valores reportados en el Balance de Masa y Energa, se expresan en unidades Inglesas, de acuerdo a requerimientos de aplicacin de ecuaciones u otros eventos, se especifique lo contrario. Las propiedades de las corrientes de hidrocarburos C7* y C7** se calcularon como estimados teniendo en cuenta su peso molecular y densidad, basado en el API y viscosidad del crudo. Los escenarios analizados se fundamentan en determinacin de parmetros de transferencia asumiendo como conocidas la presin en el Nodo Final de Control, considerando que es este nodo notable dependiente de las transferencias de las bateras que ingresan aguas debajo de los Segmentos del Sistema de Alta Consecuencia a analizar. Las bateras que interfieren en la magnitud de esta presin son los bombeos de las bateras CE-10, BA-34, BA-35, OR-11, OR-12 y bombeo De la E-974, ya sea individual o simultnea de una o ms de ellas.5.2. Balance de Masa y Energa.

El Balance de Masa y Energa del Sistema de Alta Consecuencia definido por la Estacin de Bombas El Alto, la Batera TA-25, el Nodo de Interseccin de Control y el Nodo Final de Control del Sistema se muestran a continuacin:

Figura 1. Esquema de Simulacin del Sistema de Transporte de Hidrocarburos en Ductos de Alta Consecuencia.

Tabla N3. Bombeo simultaneo Estacin de Bombas El Alto (EBEA) y TA-25

BateriaFlujo Volumtrico (BPH)Presin (Psig)

EBEATA-25EBEATA-25Nodo Intersec.Nodo Final

Caso 1220200171.6197.0184.4135.1

Caso 2210200166.5192.6180.0132.1

Caso 3200200161.7188.3175.7128.4

Caso 4190200157.1184.0171.5124.7

Caso 5180200152.50.0167.3121.2

Caso 6220190167.0191.5180.0132.1

Caso 7210190162.2187.2175.7128.3

Caso 8200190157.5182.9171.5124.7

Caso 9190190152.9178.8167.3121.2

Caso 10180190148.4174.7163.3117.7

Caso 11220180162.7186.1175.7128.3

Caso 12210180158.0181.8171.5124.7

Caso 13200180153.3177.7167.3121.2

Caso 14190180148.8173.6163.3117.7

Caso 15180180144.4169.7159.3114.3

Caso 16220170158.4180.8171.4124.7

Caso 17210170153.8176.6167.3121.1

Caso 18200170149.3172.6163.3117.7

Caso 19190170144.9168.6159.3114.3

Caso 20180170140.6164.7155.4110.9

Caso 21220160154.3175.6167.3121.1

Caso 22210160149.7171.6163.2117.7

Caso 23200160145.3167.6159.3114.3

Caso 24190160141.0163.7155.4110.9

Caso 25180160136.8159.9151.6107.7

Tabla N4. Bombeo Estacin de Bombas El Alto (EBEA)BateraFlujo Volumtrico BPHPresin (Psig)


Caso 1220-100.00.0113.074.6

Caso 2210-97.00.0110.572.4

Caso 3200-94.00.0108.070.3

Caso 4190-91.20.0105.668.2

Caso 5180-88.40.0103.366.2

Tabla N5. Bombeo Batera TA-25BateraFlujo Volumtrico BPHPresin (Psig)


Caso 12000.0120.8108.270.4

Caso 21900.0117.2105.868.3

Caso31800.0113.8103.566.3

Caso 41700.0110.6101.364.4

Caso 51600.0107.499.262.6

Tabla N6. Bombeo Simultneo EBEA y Otras BaterasBateraFlujo Volumetrico BPHPresin (Psig)

EBEATA-25CE-10BA-34BA-35OR-11EBEATA-25Nodo Intersec.Nodo Final

Caso 1220-145149.00.0162.1123.7

Caso 2220-140129.50.0142.5104.1

Caso 3220-140115161.70.0174.7136.2

Caso 4220-200149.50.0162.5124.1

Caso 5210-145144.90.0158.4120.3

Caso 6210-140125.60.0139.1101.0

Caso 7210-140115157.20.0170.7132.6

Caso 8210-200145.20.0158.7120.6

Caso 9200-145140.70.0154.7117.0

Caso 10200-140121.80.0135.898.1

Caso 11200-140115152.80.0166.7129.0

Caso 12200-200141.00.0155.0117.3

Caso 13190-145136.70.0151.1113.7

Caso 14190-140118.20.0132.695.2

Caso 15190-140115148.50.0162.9125.5

Caso 16190-200137.00.0151.4114.0

Caso 18180-145132.80.0147.6110.6

Caso 19180-140114.60.0129.492.4

Caso 20180-140115144.30.0159.1122.1

Caso 21180-200133.10.0147.9110.9

Tabla N7. Bombeo Simultneo Batera TA-25 y Otras BaterasBateriaFlujo Volumtrico BPHPresin (Psig)

EBEATA-25CE-10BA-34BA-35OR-11EBEATA-25Nodo Intersec.Nodo Final

Caso 1-2001450.0167.6155.0117.2

Caso 2-2001400.0148.6136.098.2

Caso 3-2001401150.0179.6167.0129.1

Caso 4-2002000.0167.9155.3117.4

Caso 5-1901450.0162.9151.4113.9

Caso 6-1901400.0144.2132.895.3

Caso 7-1901401150.0174.6163.1125.6

Caso 8-1902000.0163.1151.7114.2

Caso 9-1801450.0158.3147.9110.8

Caso 10-1801400.0140.0129.692.5

Caso 11-1801401150.0169.7159.3122.2

Caso 12-1802000.0158.5148.2111.0

Caso 13-1701450.0153.8144.5107.7

Caso 14-1701400.0135.9126.689.7

Caso 15-1701401150.0165.0155.7118.8

Caso 16-1702000.0154.1144.8107.9

Caso 18-1601450.0149.5141.2104.6

Caso 19-1601400.0131.9123.787.1

Caso 20-1601401150.0160.4152.1115.5

Caso 21-1602000.0149.7141.4104.9

*Nota: Las presiones se han considerado tomando como referencia la mxima presin admisible, dadas por las presiones nominales de descarga de las bombas. CORRIENTE1234

DESCRIPCION DE LA LINEASUCCIN DE BOMBA DE EST. EL ALTOSALIDA DE FLUJO DE EST. EL ALTOLLEGADA DE FLUJO DE EST. EL ALTO NODO DE INTERSECCIONSUCCIN DE BOMBA DE BATERA TA-25

FaseLquidoLquidoLquidoLquido

Fraccin Vapor----

Temperatura: (F)85.00085.35389.99585.000

Presin: (psig)10.000171.607184.27310.000

Flujo Msico (lb/d)1803055.9371803055.9371803055.9371637831.425

Flujo Molar (MMPCND)14.38814.38814.38812.184

Flujo lquidos estndar (GPM)166.761166.761166.761151.438

Entalpia Molar (Btu/lbmole)-135271.605-135237.639-135095.984-136539.445

Peso Molecular (lb/lbrmol)47.55247.55247.55251.007

Densidad (lb/pie3)55.82355.86355.75255.814

Cp/Cv1.1151.1161.1181.118

Viscosidad (cP)14.82214.79114.15513.412

HIDROCARBURO LIQUIDO

Fraccin Molar0.1340.1340.1340.152

Flujo Msico (lb/d)1211691.3931211691.4331211697.8161147498.038

Flujo lquidos estndar (BPH)167.714167.714167.715157.863


Gravedad Especifica 0.8490.8500.8480.854

Densidad (lb/pie3)52.99453.04452.93653.319


Viscosidad (cP)5.1795.1654.9435.137

AGUA

Fraccin Molar0.8660.8660.8660.848

Flujo Msico (lb/d)591364.544591364.504591358.120490333.387




Densidad (lb/pie3)62.67862.69062.57062.678


Viscosidad (cP)0.8070.8030.7610.807

COMPOSICIN

Agua0.86580.86580.86580.8477

C7+0.13420.13420.13420.0000

C7++0.00000.00000.00000.1523

CORRIENTE5678

DESCRIPCION DE LA LINEASALIDA DE FLUJO DE BATERA TA-25LLEGADA DE FLUJO DE BATERA TA-25. NODO DE INTERSECCIONSALIDA DE FLUJO DEL NODO DE INTERSECCIONLLEGADA DE FLUJO VOLUMETRICO EN NODO FINAL DE CONROL

FaseLquidoLquidoLquidoLquido

Fraccin Vapor----

Temperatura: (F)85.43094.79592.23799.373

Presin: (psig)197.000184.273184.273135.121

Flujo Msico (lb/d)1637831.4251637831.4253440887.3613440887.361

Flujo Molar (MMPCND)12.18412.18426.57226.572

Flujo lquidos estndar (GPM)151.438151.438318.199318.199



Densidad (lb/pie3)55.86155.62455.69255.499

Cp/Cv1.1191.1221.1201.122

Viscosidad (cP)13.37612.16113.21712.048

HIDROCARBURO LIQUIDO

Fraccin Molar0.1520.1520.1430.143

Flujo Msico (lb/d)1147498.1191147511.1912359208.5252359231.794




Densidad (lb/pie3)53.37653.14453.03952.849


Viscosidad (cP)5.1204.6564.8224.398

AGUA

Fraccin Molar0.8480.8480.8570.857

Flujo Msico (lb/d)490333.305490320.2341081678.8361081655.567




Densidad (lb/pie3)62.69162.44462.51162.317


Viscosidad (cP)0.8030.7200.7410.685

COMPOSICIN

Agua0.84770.84770.85750.8575

C7+0.00000.00000.07270.0727

C7++0.15230.15230.06980.0698

*Nota: Los resultados del balance de masa y energa corresponden al bombeo simultneo de la Estacin de Bombas El Alto y la Batera TA-25. Mxima Capacidad.

Estudio en Casos ms Crticos con respecto a la Temperatura

Figura N2. Diagrama de Flujo de Procesos - Simulacin Bombeo Estacin de Bombas El Alto (EBEA)

La figura N2 muestra la representacin del bombeo de la estacin El Alto, obtenindose los valores de presin de operacin en los puntos denominados Nodo Interseccin y Nodo final; los cuales son indicados en la Tabla N4.Tabla N8. Bombeo Estacin de Bombas El Alto (EBEA)BateraFlujo Volumtrico BPHPresin (Psig)


Caso 1220-167.600.0183.3145

Caso 2210-158.100.0173.8135.5

Caso 3200-159.500.0175.2136.9

Caso 4190-159.90.0175.6137.3

Caso 5180-160.80.0176.5138.2

La Tabla N8 muestra los niveles de presin en los puntos de nodo de interseccin y nodo final, esto para diferentes rgimen de bombeo de la estacin El Alto para cinco casos de estudio evaluados.

Tabla N9. Perfil de Temperaturas producidos en puntos principales del Bombeo de Estacin El Alto (EBEA)

La Tabla N9 indica los diversos valores de temperatura del fluido de proceso al ser transportado desde la Estacin El Alto hasta el Punto Final de destino; todo esto partiendo de un escenario de da cuya temperatura inicial (succin de bomba) en el proceso considerada asciende a 85F (29.44C). Cabe mencionar que los casos de evaluacin son los mismos considerados (condiciones de flujo volumtrico y presin de operacin) en la tabla N9.

Tabla N10. Incrementos de Temperatura de Puntos Estratgicos del Bombeo a partir de Estacin El Alto (EBEA) hasta el Punto Final de destino.

TDe los resultados indicados en la tabla N10, producto de la respectiva simulacin de procesos se aprecia un mayor incremento de temperatura de 8.03C entre el punto designado como Nodo Interseccin y la zona de descarga de los equipos de bombeo de la Estacin El Alto. As mismo se detecta un bajo incremento de temperatura en la zona Nodo Final Nodo Interseccin, el cual asciende a 0.12C.

Figura N3 Diagrama de Flujo de Procesos - Simulacin Bombeo Batera TA-25La figura N3 muestra la representacin del bombeo de Batera TA-25, obtenindose los valores de presin de operacin en los puntos denominados Nodo Interseccin y Nodo final; los cuales son indicados en la Tabla N7.Tabla N11. Bombeo Batera TA-25BateraFlujo Volumtrico BPHPresin (Psig)


Caso 12000.0198.7186148.7

Caso 21900.0182.2170.5133.5

Caso31800.0157.1146.3109.7

Caso 41700.0157.1146.3109.7

Caso 51600.0157.1148.1112.2

La Tabla N11 muestra los niveles de presin en los puntos de nodo de interseccin y nodo final, esto para diferentes rgimen de bombeo de la Batera TA-25 para cinco casos de estudio evaluados.

Tabla N12. Perfil de Temperaturas producidos en puntos principales del Bombeo desde Batera TA-25

La Tabla N12 indica los diversos valores de temperatura del fluido de proceso al ser transportado desde Batera TA-25 hasta el Punto Final de destino; todo esto partiendo de un escenario de da cuya temperatura inicial (succin de bomba) en el proceso considerada asciende a 85F (29.44C). Cabe mencionar que los casos de evaluacin son los mismos considerados (condiciones de flujo volumtrico y presin de operacin) en la tabla N11.

Tabla N13 Incrementos de Temperatura de Puntos Estratgicos del Bombeo a partir de Batera TA-25 hasta el Punto Final de destino.

De los resultados indicados en la tabla N13, producto de la respectiva simulacin de procesos se aprecia un mayor incremento de temperatura de 5.54C entre el punto designado como Nodo Interseccin y la zona de descarga de los equipos de bombeo de la Estacin El Alto. As mismo se detecta un bajo incremento de temperatura en la zona Succin Bomba Descarga Bomba, el cual asciende a 0.21C.

Conclusiones:

De los casos de estudio evaluados en el presente documento se concluye:

En el proceso de transporte del fluido no existen inconvenientes relacionados a cambios bruscos de temperaturas y presiones que afecten la integridad del sistema.

No hay riesgo de cambio de estado del fluido a bombear (Ver figuras N4,5, 6 y 7), dado que las condiciones de operacin no implican un cambio en su fraccin de vapor del fluido de proceso.

Figura N4. Envolvente de Corriente de Proceso Descarga Estacin El Alto.

Figura N5. Envolvente de Corriente de Proceso Descarga Batera TA-25.

Figura N6. Propiedades Crticas de Corriente de Proceso Descarga Estacin El Alto

Figura N7. Propiedades Crticas de Corriente de Proceso Descarga Batera TA-25.

Debido a que el escenario ms crtico evaluado corresponde a temperaturas implicadas en el da, en el cual no se ha obtenido importantes gradientes de temperatura que afecten al proceso ( transporte del fluido), no es necesario llevar a cabo la evaluacin para el caso noche.

Balance de masa realizado a Temperatura ambiente de 17C (mnima presentada en la zona)

El diferencial que se registra en la Interseccin noes por el ingreso de TA25 no es sin considerar este bombeo. Los resultados son incongruentes pues en el punto final tambin casi no hay incremento. El desfase de 8C es muy alto. Qu parmetro es el que motiva el incremento?

Similar al caso anterior . Cul es el factor que motiva el incremento.

Para efectos de la Deteccin de Fugas de qu modo se podra confundir un incremental de temperatura con una potencial fuga? Cmo puedo garantizar que lo medido y standad definido nos reproduzca una Alarma?? Cul sera la magnitud mnima de desfase permitida ya sea de P o flujo?

En la noche existe una variacin de temperatura externa que podra llegar a casi 10C. Es correcta esta apreciacin que no sera importante?

Balance de Masa y Energia

Documents

Transcript of Balance de Masa y Energia