CAPÍTULO IV 1.- RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN.
30
CAPÍTULO IV 1.- RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN. Seguidamente se exponen los resultados obtenidos del análisis e interpretación de los datos recogidos de las técnicas e instrumentos aplicados para adecuar la estrategia de control de flujo actual en la Planta de Extracción de Líquidos del Gas Natural Lama Proceso (Planta Lama LGN), con la finalidad de mejorar la estabilidad de las variables controladas (presión, temperatura, nivel y flujo), ante reducciones en el flujo de entrada a la planta. Estos datos permitieron establecer las características y elementos que describen el comportamiento de la variable estrategia de control de flujo. 2.- ANALISIS DE LOS RESULTADOS. Fase I. La identificación de las variables controladas y manipuladas en el proceso de extracción de líquidos de Planta Lama, se hizo mediante entrevistas a los operadores de la Sala de Control y revisión de la documentación relacionada con la operación y mantenimiento en dicho proceso, de esta forma se determinó que los indicadores de funcionamiento en Lama Proceso son:
Transcript of CAPÍTULO IV 1.- RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN.
CAPÍTULO IV
1.- RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN.
Seguidamente se exponen los resultados obtenidos del análisis e
interpretación de los datos recogidos de las técnicas e instrumentos aplicados
para adecuar la estrategia de control de flujo actual en la Planta de Extracción de
Líquidos del Gas Natural Lama Proceso (Planta Lama LGN), con la finalidad de
mejorar la estabilidad de las variables controladas (presión, temperatura, nivel y
flujo), ante reducciones en el flujo de entrada a la planta.
Estos datos permitieron establecer las características y elementos que
describen el comportamiento de la variable estrategia de control de flujo.
2.- ANALISIS DE LOS RESULTADOS.
Fase I.
La identificación de las variables controladas y manipuladas en el proceso de
extracción de líquidos de Planta Lama, se hizo mediante entrevistas a los
operadores de la Sala de Control y revisión de la documentación relacionada con
la operación y mantenimiento en dicho proceso, de esta forma se determinó que
los indicadores de funcionamiento en Lama Proceso son:
80
• Indicador Controlador de Presión (P.I.C – 444).
El lazo P.I.C – 444 controla la presión del gas proveniente del complejo de
compresión de gas Lama, y determina la prioridad de suministro mediante las
válvulas PV – 444A y PV – 444B si la presión de suministro baja, el controlador
compensa esta desviación cerrando la válvula de suministro a “El Tablazo” (PV –
444B) y sino es suficiente cierra la válvula de suministro a Lama LGN PV – 444A.
• Indicador Controlador de Flujo (F.I.C. 127A).
El objetivo de control de este lazo, es mantener el flujo de gas residual a
través del recompresor C – 2 y por ende el flujo de gas por toda la planta. Este
controlador trabaja en cascada con el control de velocidad de la turbina que
maneja el compresor. En manual es el operador quien fija la velocidad deseada en
la turbina.
• Indicador Controlador de Presión (P.I.C – 210 y P.I.C – 211).
El P.I.C – 210 controla la presión de gas residual enviando como gas
combustible a clientes terceros a 900psig, mientras que P.I.C – 211 lo hace a 620
psig hacia las plantas de turbocomprensión del complejo Lama.
• Indicador Controlador de Presión (P.I.C – 104).
Controla e indica los cambios de entrada de presión del gas a Lama Proceso,
emitiendo señales de estas disminuciones o aumentos de presión, al Indicador
Controlador de Flujo (F.I.C. 127A), que regula el flujo interno del proceso a través
81
del control de velocidad en el recompresor de gas C – 2 ubicado en la salida del
proceso y con ello proporcionar estabilidad al mismo.
Indicador de Velocidad (SI-101A y SI-102A)
Indican la velocidad de los expansores C-4 y C-3, respectivamente.
Indicador de Temperatura (TI-281)
Indica la Temperatura de descarga del expansor C-4.
• Indicador Controlador de Presión (P.I.C – 186 y P.I.C – 457).
Estos Lazos se asocian a los turboexpansores.
El lazo P.I.C – 186 se encarga de controlar la presión de descarga del
turboexpansor de alta presión C – 3 cuando está en servicio o en su defecto, la
presión aguas abajo de la válvula Joule Thomson (FV – 120). Este controlador
reduce la presión desde 1750 a 940 psig, definiendo la primera etapa de
expansión de la planta.
El P.I.C – 457, se encarga de controlar la presión de descarga del compresor
acoplado al turboexpansor de baja presión C – 4 cuando esta en servicio, o la
presión del gas residual proveniente del tope de la torre a través de la J.T PV –
186 cuando no se encuentra operando. Esta es la segunda etapa de expansión
donde la presión se reduce de 930 a 390 psig, para el caso donde el C – 3 está en
servicio, o a 450 psig cunando el C - 3 está fuera de servicio. A continuación se
presenta la figura 10, la cual muestra un controlador de flujo de rango dividido
(Split range flow controller), controla las aletas de la guía de entrada del expansor,
y también opera una válvula Joule Thompson en rango dividido, la cual permite
desviar el flujo del expansor.
82
Figura 10. Rango compartido P.I.C 186 y P.I.C 457,
• Indicador de flujo (F.I. – 100).
Señala el volumen de flujo a la entrada del proceso.
• Indicador de flujo (F.I. – 165)
Señala el volumen de flujo de gas disponible de Lama compresión hacia
Planta Lama y El Tablazo.
• Válvula UV-100A
Válvula principal de Gas de Alimentación hacia la Planta.
En el siguiente Diagrama de Proceso 2, se puede observar algunos de los
diferentes controladores e indicadores que se presentan en la planta.
PICA
C4320 psig
Válvula J-T
HICB
JTVC
K
K
0-50%
50-100%
0-100%
0-100%
0-100%
IGV
C3 C4PIC-A: PIC-186; PIC-457HIC-B: HIC-106; HIC-186VC-JT: FV-120; PV-186
A T-1
83
DIA
GR
AM
A D
E F
LU
JO L
AM
A P
RO
CE
SO
DIA
GR
AM
A D
E F
LU
JO L
AM
A P
RO
CE
SO
GA
S R
ES
IDU
AL
HA
CIA
LA
GO
GA
S 4
V-1
F-1V-2
A/B
/C
E-2
F-2A
/B
V-
4C
OM
PE
XP
CO
MP
EX
P
C-3 C-4
FV-
120
PV-
186
V-
5
E-3
V-
6L
V-11
5
LV-
117
E-5
AC
EITE
CA
LIE
NT
E
E-1
V-
3
C-1
E-6
PV
-123
B
PV-123A
C-2
E-7
T-1
GA
S C
OM
BU
ST
IBL
EC
OM
PL
EJO
LA
MA
50 M
MP
CN
D22M
MP
CN
DG
AS
DE
RE
GE
NE
RA
CIO
N H
AC
IAC
AL
EN
TA
DO
RE
S H
1A/B
GA
S D
ER
EG
EN
ER
AC
ION
DE
SD
EC
AL
EN
TA
DO
RE
S H
1A/B
60.2
°F-6
9.3°
F
-97.
3°F
44°F
-64.
7°F
-18°
F
E-4
120°
F
E-8
V-
7
LV-119OFF
SP
EC
P1
A/B
FV-121
PV-
144
LT
GL
P A
BA
JOG
RA
ND
E
CO
ND
ICIO
NE
S D
E E
ST
AB
ILID
AD
GA
S R
ES
IDU
AL
GA
S D
E P
RO
CE
SO
PR
OD
UC
TO
LG
NA
CE
ITE
CA
LIE
NT
ED
RE
NA
JE C
ER
RA
DO
DR
EN
AJE
CE
RR
AD
O
PIC
-444
1800
PS
IG
FI-
100
80 M
MP
CN
DFIC
-127
A72
MM
PC
ND
PIC
-104
1760
PS
IG
PIC
-210
800
PS
IG
PIC
-211
640
PS
IG
PV
-444
BG
AS
DE
AL
IME
NT
AC
ION
PIC
-18
6
FI-
165
PIC
-45
7
84
Fase II.
Después de haber identificado las variables controladas y manipuladas en
Lama Proceso, se procedió a evaluar la estrategia de control empleada
actualmente por el Sistema de Control Distribuido (D.C.S.), dadas las
características y especificaciones de diseño de la planta para diferentes rangos de
flujo de gas de entrada.
El Sistema de Control Distribuido (D.C.S.), es un conjunto de dispositivos
interconectados por medio de un bus de comunicaciones denominados Autopista
de datos. Todos los dispositivos son conectados a esta autopista de datos a través
de una interfaz de comunicación, este sistema presenta diferentes “niveles” de
control, (Ver Figura 11).
El nivel de control más bajo en el proceso es el de medición y control, aquí
los controladores basados en microprocesadores realizan el lazo de control
ejecutando la lógica, recolectando y analizando la data, efectuando cálculos y
comunicándose con otros dispositivos. Esta información es transferida al segundo
nivel conocido como proceso de supervisión, en este nivel los operadores usan las
consolas de operaciones con un teclado y muestra de video para monitorear y
ajustar las variables del proceso.
Los niveles más altos del control distribuido, las computadoras de planta
pueden proveer funciones adicionales, tales como análisis, recolección de data de
largos términos y optimación del proceso.
85
Nivel 5
Nivel 4
Nivel 3
Nivel 2
Nivel 1
Figura 11. Niveles del D.C.S. System Overview (1994)
El Sistema de Control Distribuido (D.C.S) utilizado en Planta Lama es el
PROVOX, que integra otros sistemas, como el sistema de los P.L.C. de control de
C – 3, C – 4 y C – 2, los hornos y el cromotógrafo de gas en lineal. Este sistema
se encarga de monitorear y controlar todas y cada una de las variables incluidas
en el proceso, de forma automática o manual, detectando cualquier anormalidad
y/o falla en cualquiera de las etapas del proceso, por medio de controladores
ubicados en dichas etapas.
Interface de Ingeniería Proceso de Dirección
Interface de Operaciones
Interface de Operaciones
Controladores de Proceso
Controladores de Proceso
Controladores de Proceso
Controladores de Proceso
Autopista de Datos
Sistema de Dirección Corporativa
Sistema de Dirección De la Planta
Red Corporativa
Red de Planta
86
La evaluación del Sistema de Control Distribuido (D.C.S) en Planta Lama, se
realiza a través del análisis del comportamiento de las variables involucradas en el
proceso productivo, por medio de los indicadores, controladores/indicadores y las
relaciones entre éstos.
En tal sentido, en el contexto operativo de la planta, se establecen diversas
relaciones de funcionamiento, como la existente entre el P.I.C 444 y el P.I.C. 104,
ubicados en la etapa inicial del proceso, en dicha relación se origina un diferencial
de presión de 40 psig. causado por el paso del fluido a través de la válvula UV-
100A.
Igualmente, se establece la relación entre el F.I-100 y el F.I.C 127A, en la
cual se observa que, entre el flujo de entrada a la planta y el flujo de salida (gas
residual) existe una diferencia de 7 a 10 MMPCND, debido al proceso de
extracción de líquidos al gas natural, cabe destacar que, esta diferencia puede ser
mayor cuando el flujo de entrada al proceso es mayor, es por ello que, el flujo de
gas residual que descarga el recompresor C-2 no podrá ser mayor al flujo de
entrada en el rango indicado anteriormente entre ambos indicadores, de no
cumplirse esta relación se pueden generar perturbaciones en la operación de la
planta.
De cumplirse estas relaciones, manteniéndose un flujo y presión constante y
dentro del rango para el que la planta fue diseñada, se observa un
comportamiento estable de las variables del proceso en donde sus controladores
ejercen acciones bajo un control automático, como se observa a continuación en
la Gráfica 1:
87
17301735174017451750175517601765177017751780178517901795180018051810
1
110
219
328
437
546
655
764
873
982
1091
1200
1309
1418
#MUESTRAS (PROM) 16-02-00 09:00
PS
IG
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
MM
PC
ND
PIC-444
PIC-104
FI-100
FIC-127A
Gráfica 1. PIC-444 VS PIC-104 VS FI-100 VS FIC-127A. (Ferrer y Medina 2000).
En esta gráfica se aprecia que el flujo y la presión de entrada al proceso
son constantes y están dentro del rango para el que fue diseñada la planta, lo que
mantiene el proceso de forma estable y bajo operación automática. También se
puede observar la diferencia entre el flujo de entrada y el de salida (FI-100 y FIC-
127A) es de 10 MMPCND aprox. debido a la extracción del líquido al gas y que
dicho flujo pierde 40 psig. de presión aprox. antes de entrar al proceso(PIC-444 y
PIC 104) debido a la restricción causada por una válvula.
Se debe puntualizar que, la presión indicada en el P.I.C - 444 dependerá del
flujo indicado por el F.I. 165, el cual mide el volumen de gas que se destina hacia
Lama Proceso y El Tablazo, desde Lama compresión y que cuando dicho flujo
disminuye abruptamente, la presión en el P.I.C. 444 tiende a disminuir, si el
operador no realiza algunos ajustes en el proceso, lo cual podría afectar la presión
88
del gas utilizado para el levantamiento artificial de crudo (Gas Lift), cuyo valor
debe ser de 1790 psig como mínimo.
Existe un indicador que es el F.I-100 en la entrada de Planta Lama, el cual
debe ser un punto de atención del operador, por cuanto, ante reducciones de flujo
se podría generar despresurización interna del proceso, al tratar de manejar más
gas del que está entrando, y con ello se corre el riesgo de un paro automático por
baja presión (menos de 900 psig). Por lo tanto, se puede decir que, cuando
existen reducciones abruptas de presión en los controladores indicadores
P.I.C.444 y P.I.C 104, se entiende que, hubo una reducción en el flujo de gas que
viene de Lama compresión, la cual debiera ser indicada por el F.I. 165, el cual es
el elemento primario de medición de flujo hacia Planta Lama/ Tablazo, pero sobre
el cual no se tiene plena confianza, por lo que no se tomó su Historial de Data
para el presente estudio, sin embargo, ésta se refleja en el FI-100, el cual señala
el volumen del flujo de gas de flujo que se destina hacia la Planta de LGN
solamente. (Ver gráfica 2).
Se puede observar que se origina una reducción en el flujo de gas de
entrada al proceso, derivándose inestabilidad en los controladores P.I.C 444 y
P.I.C 104.
En la práctica, la planta sólo podrá manejar un flujo igual o menor al que
debiera registrar el FI-165, para que no se vea afectada la presión del gas de
levantamiento artificial, ni se produzcan despresurizaciones en la Planta Lama
L.G.N.
89
1680169017001710172017301740175017601770178017901800181018201830
112
124
136
148
160
172
184
196
110
8112
0113
21#MUESTRAS (PROM) 17-02-00 10:00
PS
IG
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
MM
PC
ND
PIC-444
PIC-104
FI-100
FIC-127A
Grafica 2. PIC – 444 Vs. PIC – 104 Vs. FI – 100 Vs. FIC – 127.
(Ferrer y Medina 2000).
En esta gráfica se aprecia que cuando el flujo indicado por el FI-100
disminuye (línea amarilla), la presión en la entrada dela planta indicada por el
PIC-104 y el PIC-444 también disminuyen notablemente.
Existen situaciones, donde las reducciones en el flujo hacia Lama Proceso no
son tan grandes, lográndose ajustar los controladores a condiciones para
estabilizar la operabilidad del proceso ante estas situaciones, sin embargo, ante
eventos de gran magnitud, por ejemplo el paro de Lama II o Lama IV, el operador
debe realizar ajustes temporales para evitar el paro inmediato del proceso.
90
En tal sentido, el restablecimiento del rango de operabilidad requerido debe
realizarse en un tiempo prudencial, evitándose una mayor despresurización, ya
que, de continuar éste evento, se hace necesario paralizar el proceso de
extracción de líquido por completo. En situaciones como las descritas
anteriormente, el comportamiento de las variables se estabilizan temporalmente,
dada las medidas de control realizadas por los operadores de la Sala de Control a
través del Sistema de Control Distribuido (D.C.S.).
Por otra parte, el P.I.C. 186, se encarga de controlar una presión de 940 psig
(descarga del expansor C-3), la cual es la presión de entrada a la segunda etapa
de expansión, de allí el gas tiene dos opciones, pasar a través del tubo-expansor
C-4 ó por la válvula J.T. PV 186, ambos elementos dependen del P.I.C.-457, que
controla la presión a 450 psig. cuando se opera por válvula J.T (FV-120) y el
expansor C-3 fuera de servicio, ó 400 psig con el expansor C-3 en servicio. En
ambos casos, cuando la presión en el 457 sube, éste restringe el elemento final de
control (turbo expansor C-4 ó la válvula J.T. PV-186), lo que origina un aumento
considerable de presión el P.I.C. 186, y cuando la presión baja abre el elemento
final, generando una caída en el P.I.C.186. Se destaca el hecho que, las
variaciones de presión en el P.I.C. 186 suelen ser más rápidas que en el P.I.C 457
en donde las variaciones pueden ser amortiguadas por la Torre Desetanizadora.
En la Gráfica 3, podemos notar que el controlador/indicador de presión del
expansor C-4 (PIC-457) actúa dependiendo de la presión de descarga del
expansor C-3 (PIC-186), este se ve afectado por las medidas de control que lleva
91
Gráfica 3 PIC-186 VS PIC-457 (Ferrer y Medina 2000)
880890900910920930940950960
1
141
281
421
561
701
841
981
1121
1261
1401
#MUESTRA (PROM) 17-02-00 10:00
PS
IG
360
370
380
390
400
410
420
PS
IG PIC-186
PIC-457
a cabo el PIC-457 en cuanto a aumento ó disminución de presión se refiere, según
la situación lo requiera. En tal sentido, ambos controladores/indicadores
interactúan entre sí, para tratar de llevar la presión al punto de operación de cada
uno de ellos, (940 psig o 450 psig para el C-3 y C-4 respectivamente como se
observa en la gráfica 3).
En el caso donde ambos expansores están en servicio, las variaciones de
flujo y presión afectan notablemente la estabilidad operacional de los mismos, por
ejemplo, cuando el P.I.C 186 detecta alta presión, reduce la velocidad del
expansor C-3 (SI-102A), y por ende la velocidad del compresor que tiene
acoplado, el caso contrario, cuando la presión disminuye la velocidad aumenta.
Este comportamiento se observa en la Gráfica 4 y 5, que se muestran a
continuación:
92
Gráfica 4 PIC-186 VS SI-102A (C-3) (Ferrer y Medina2000)
880
890
900
910
920
930
940
950
960
1
114
227
340
453
566
679
792
905
1018
1131
1244
1357
#MUESTRA (PROM) 17-02-00 10:00
PS
IG
18500
19000
19500
20000
2050021000
21500
22000
22500
2300023500
RP
M
PIC-186
SI-102A(C-3)
En esta gráfica se aprecia que cuando la presión supera el Set-Point, se reduce la
velocidad del expansor C-3 disminuyendo la salida del controlador como se muestra en el
círculo rojo, y en el caso contrario donde la presión está por arriba del punto de operación
deseado (SP), (línea verde), el expansor aumenta su velocidad.
Gráfico 5 PIC-457 VS SI-102A(C-3) (Ferrer y Medina 2000)
365
370
375
380
385
390
395
400
405
410
415
1
112
223
334
445
556
667
778
889
1000
1111
1222
1333
#MUESTRA (PROM) 17-02-00 10:00
PS
IG
18500
19000
19500
20000
20500
21000
21500
22000
22500
23000
23500
RP
M
PIC-457
SI-101A(C-4)
En esta gráfica se aprecia de igual manera, que cuando la presión en el PIC-57
supera el Set-Point (línea verde), la acción del controlador hará que se reduzca la entrada
de gas al expansor C-4, logrando reducir su velocidad (SI-101A) como se muestra en el
círculo rojo.
93
Esto permite decir que, cuando ambos expansores están en servicio, las
variaciones de presión suelen ser mayores a cuando se opera con las válvulas J.T
a nivel del C-3 o con ambas J.T., debido en gran parte a lo lento de la dinámica del
proceso cuando están en servicio ambos expansores.
Fase III.
En la presente fase, se plantean las alternativas que permitan la adecuación
del sistema actual de control objeto de estudio, considerando los requerimientos
de operabilidad de la planta.
Gracias al estudio realizado sobre el comportamiento de las variables
controladas en el proceso de extracción de líquidos del gas natural, ante
reducciones de flujo en la entrada de la planta, se determinó la necesidad de
desarrollar una estrategia de control que genere mayor estabilidad en dichas
variables ante estos eventos y por consiguiente mejorar el comportamiento
operacional de los equipos asociados al proceso, para así aumentar la
productividad de la planta.
Entre las alternativas que se estudiaron se encuentran las siguientes:
1ra. Propuesta.
Sustitución del Indicador Controlador de Flujo (F.I.C. 127A), el cual controla
al Compresor C-2, por el Controlador Indicador de Presión P.I.C. 205. (Ver
Diagrama de Proceso 3).
94
DIA
GR
AM
A D
E F
LU
JO L
AM
A P
RO
CE
SO
DIA
GR
AM
A D
E F
LU
JO L
AM
A P
RO
CE
SO
GA
S R
ES
IDU
AL
HA
CIA
LA
GO
GA
S 4
V-1
F-1V-2
A/B
/C
E-2
F-2
A/B
V-
4C
OM
PE
XP
CO
MP
EX
P
C-3 C-4
FV-
120
PV
-186
V-
5
E-3
V-
6L
V-11
5
LV
-117
E-5
AC
EITE
CA
LIE
NT
E
E-1
V-
3
C-1
E-6
PV
-123
B
PV-123A
C-2
E-7
T-1
GA
S C
OM
BU
ST
IBL
EC
OM
PL
EJO
LA
MA
GA
S D
ER
EG
EN
ER
AC
ION
HA
CIA
CA
LE
NT
AD
OR
ES
H1A
/B
GA
S D
ER
EG
EN
ER
AC
ION
DE
SD
EC
AL
EN
TA
DO
RE
S H
1A/B
60.2
°F-6
9.3°
F
-97.
3°F
44°F
-64.
7°F
-18°
F
E-4
120°
F
E-8
V-
7
LV-119OF
F S
PE
C
P1
A/B
FV-121
PV
-144
LT
GL
P A
BA
JOG
RA
ND
E
CO
ND
ICIO
NE
S D
E E
ST
AB
ILID
AD
GA
S R
ES
IDU
AL
G
AS
DE
PR
OC
ES
OP
RO
DU
CT
O L
GN
AC
EIT
E C
ALI
EN
TE
DR
EN
AJE
CE
RR
AD
O
DR
EN
AJE
CE
RR
AD
O
GA
S D
E A
LIM
EN
TA
CIO
N
FIC
-127
AP
IC -
205
95
• Instalación del P.I.C 205.
Esta propuesta de control de flujo, nace de las oscilaciones observadas en
los Controladores Indicadores de Presión PIC – 457 y PIC – 186 y en el
Compresor C – 2, dado que el C – 2 opera en control manual, derivándose que,
ante cualquier variación en la presión de succión en dicho compresor, éste regule
la velocidad y por ende el flujo que maneja, lográndose de esta forma mantener la
presión interna del proceso.
Se observa que, el comportamiento de las variables presión y flujo en la
planta son directamente proporcional, esto es, si la presión de succión sube en el
compresor C – 2, el flujo sube en dicho compresor y viceversa. Asimismo, se
percibe que, el incremento de la presión de descarga del compresor C – 3, se
debe al aumento de su velocidad (r.p.m.), y por ende comprime mayor cantidad de
gas aumentando de esa forma la presión de descarga. Este hecho afecta la
presión de succión del C – 2, ya que también se incrementa.
Se debe destacar que, existe interacción entre el C –3 y C – 4, ejemplo de
ello es: el aumento de presión de descarga en el C – 3, es debido a la disminución
de presión del C – 4, lo cual genera que el P.I.C – 186, que gobierna el C – 3,
disminuya la presión y permita mayor entrada de gas.
Cuando el expansor C – 3 baja su velocidad ocasiona una disminución de
presión en la succión del recompresor C – 2.
Basados en estas premisas, en que las variaciones de presión del compresor
C – 2, multiplican la variabilidad del P.I.C. 457 y el P.I.C 186 , una vez observado
este comportamiento, se presume que controlando la presión de succión del C – 2
96
se estabilizarían las variaciones de presión en el C – 3; reduciéndose las
variaciones en el P.I.C 186.
Este control de Presión propuesto (PIC-205) para la succión del Compresor
C-2, se pensó que era más eficiente que un control de Flujo (FIC-127A) en dicho
compresor, ya que se podrían minimizar las oscilaciones y la inestabilidad en el
comportamiento de las variables controladas por éste compresor. A continuación
se especifica en las Figuras 12 y 13, cómo se relacionan las variables (presión,
flujo y velocidad) ante cambios en la operabilidad del equipo, debido a reducciones
de flujo en la entrada del proceso.
Turbina
C-2
Gas Gas
Compresor Flujo Velocidad Presión Succión
Flujo Velocidad Presión Succión
Figura 12. Compresor de Gas, Turbina y Controlador/Indicador de Flujo
(FIC-127A). (Ferrer y Medina 2000).
Podemos observar que las variables flujo y velocidad se comportan de forma
opuesta, es por ello que se presentan más oscilaciones en el compresor C-2 cuando el FIC-
127A controla la succión de dicho compresor.
FIC-127A
SC
PI
97
Turbina
C-2
G as G Presión Velocidad Flujo Succión
Compresor Presión Velocidad Flujo Succión
Figura 13. Compresor de Gas, Turbina y Controlador/Indicador de
Presión (PIC-205). (Ferrer y Medina 2000).
Podemos observar que las variables Presión y velocidad se comportan de manera
similar, es decir si la presión sube, la velocidad. se incrementa y viceversa. Este hecho
genera un mejor control sobre el equipo generando menos oscilaciones.
Se modificó el programa supervisorio que controla el compresor C-2, A través
de la sustitución del FIC-127A por el PIC-205(Ver Anexos 2).
2da Propuesta.
Operar en manual el expansor C – 3 entre un rango de 16000 a 17500
r.p.m., controlando la presión de descarga del mismo (PIC-186), mediante la
válvula JT (FV – 120), cuando el flujo de alimentación de la planta está entre 65 y
72 MMPCND.
PIC-205
SC
PI
98
Operar en Manual el Expansor C - 3.
Esta propuesta surge como un nuevo esquema de operación en la planta en
condiciones de bajo flujo de entrada, es decir, entre 65 y 72 MMPCND.
El esquema de control actual de la Planta Lama L.G.N., no permite la
operación de ambos expansores en automático cuando el volumen de entrada se
reduce entre 65 MMPCND y 72 MMPCND. Bajo ésta condición los expansores
generan notables variaciones en el flujo de entrada (F.I.-100), el cual en ocasiones
supera al flujo enviado de Lama Compresión. Esto genera desequilibrio en las
presiones controladas (P.I.C.-186 y P.I.C.-457), lo cual hace que la planta opere al
límite de estabilidad. De allí que cuando el flujo de entrada estaba en el rango
indicado anteriormente, el C-3 solía ser colocado fuera de servicio, según el
procedimiento operacional de planta para entonces, lograr una operación más
confiable y estable de la misma.
Resulta importante decir que, el proceso de extracción de líquidos resulta ser
entre un 40-60% menos eficiente cuando la expansión se hace por el efecto
Joule-Thomson a través de una válvula, en comparación cuando se hace
mediante un turbo-expansor.
Además, cuando se opera mediante la válvula JT(FV-120), se debe
garantizar una presión de succión al recompresor C - 2 de 450 pisg, para una
operación estable (a 432 pisg empieza a recircular), esto hace que la presión del
PIC-457 se ajuste a dicho valor, lo que hace que la presión de la torre
desetanizadora opere a una presión y temperatura mayor a cuando se opera
ambos expansores.
99
Gráfica Nº 6 PIC-457 VS PIC-205 (Ferrer y Medina 2000)
495
500
505
510
515
520
525
530
535
540
1 93
185
277
369
461
553
645
737
829
921
1013
1105
1197
1289
1381
#MUESTRAS (PROM) 25-02-00 8:20
PS
IG
385
390
395
400
405
410
PS
IG
PIC-205
PIC-457
Conflicto generado entre ambos controladores, creado porla autonomía impuesta por cada uno de ellos al tratar de controlar el valor de la presión, obteniendo como consecuencia valores inversos de presión como se observa en el círculo rojo.
Fase IV:
Evaluando las alternativas planteadas, mediante la implantación de
condiciones extremas y temporales de la misma, se pudo verificar el
comportamiento de las variables.
En la 1ra propuesta los resultados arrojados fueron:
Conflictos entre los Indicadores Controladores de Presión (PIC 457) y el
propuesto (PIC 205), por cuanto no mantienen la estabilidad del proceso, ya que,
derivan efectos en los demás componentes, dado que se origina una
confrontación, en cuanto a control de presión entre ambos controladores,
creándose picos opuestos en los valores de presión, ver grafica 6 a continuación:
100
Al bajar la presión el P.I.C. 205, este ordena que reduzca su velocidad , esto
origina una contrapresiòn que se refleja en el aumento de la presión en el P.I.C.
457, a su vez este aumento genera que el C – 4 reduzca su velocidad creando
una contrapresión en el P.I.C. 186. esto es lo que se aprecia en ambas gráficas y
no es lo que se deseaba mejorar, como se observa en la gráfica 7.
Gráfica 7 PIC-205 VS PIC-186 (Ferrer y Medina 2000)
495
500
505
510
515
520
525
530
535
540
1 95
189
283
377
471
565
659
753
847
941
1035
1129
1223
1317
#MUESTRAS (PROM) 25-2-2000 08:20
PS
IG
890
900
910
920
930
940
950
PS
IG
PIC-205
PIC-186
Conflicto generado entre ambos controladores, creado porla autonomía impuesta por cada uno de ellos al tratar de controlar el valor de la presión, obteniendo como consecuencia valores inversos de presión como se observa en el círculo rojo.
Resultados de la 2da propuesta.
Este esquema de operación, permite que el compresor acoplado al C – 3,
sea el que se encargue de suministrar la presión de succión al recomprensor C –
2, las revoluciones en que se debe colocar el expansor C – 3 dependerán de
cuando la válvula de recirculación del compresor que tiene acoplado se cierre,
101
después de esto, bastará con aumentar la velocidad del C- 3 para crear un rango
de operación que evite que el compresor trabaje cerca de la línea de control de
Surge, y por lo tanto, que no abra abruptamente la válvula de recirculación de
este. Durante las pruebas que se han hecho, se ha observado que, generalmente,
el rango de velocidad del expansor queda entre 16000 y 17500 r.p.m.
Debido a que el expansor está en manual, y se requiere controlar la presión a
la descarga de este, mediante el PIC 186, será la válvula JT (FV-120), la que se
encargue de mantener la presión en el punto deseado 930 psig. Es de resaltar
que, a las revoluciones a las que quede operando el expansor, aún la válvula JT
permanece abierta y por ello tiene la capacidad de mantener la presión bajo
control. Para ello, se debe verificar que la salida de control en manual del C-3,
esté cercana a la salida de válvula J.T. FV-120 para así garantizar que ésta pueda
controlar la sobrepresión en la descarga del de dicho expansor.
Una vez que, se logra llevar el expansor C – 3 a las revoluciones necesarias,
para que el compresor acoplado a él suministre la succión del C- 2, el PIC 457,
puede ajustarse de 450 psig a presiones más bajas, esto debe hacerse poco a
poco, hasta lograr alcanzar 400 psig. El resultado es que la presión de la torre
pasa de 360 psig hasta unos 320 psig y la temperatura de descarga del expansor
C – 4 se baja de –55°F a – 75°F, lo cual mejora la recuperación de líquidos (LGN).
Además, de la temperatura de fondo se logra bajar hasta 135°F y las temperaturas
en el recipiente V5 y V6, bajan también notablemente.
En resumen, colocando en operación Manual al C- 3 entre 16000 y 17500
r.p.m para un volumen reducido de gas de entrada a la planta que se encuentre
entre 65 y 72 MMPCND, se logra mejorar las condiciones de operación de la Torre
Desetanizadora, y por tanto, aumentar la producción de líquidos en comparación a
operar la planta con la válvula JT (FV – 120).
102
A continuación se presentan gráficamente estos resultados una vez
efectuada la estrategia de control propuesta:
0
5000
10000
15000
20000
25000
1 97
193
289
385
481
577
673
769
865
961
1057
1153
1249
1345
1441
# MUESTRAS (Prom) 05-06-00 08:00
RP
M
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
PS
IG
Velocidad C-3 Velocidad C-4 Presión de Descarga Exp. C-4
Gráfica 8 Velocidad de Expansores vs Presión Desc. Exp. C-4.
(Ferrer y Medina 2000).
Se puede apreciar que al bajar la velocidad del Expansor C-3, la presión de
descarga del Expansor C-4 se incrementa y luego permanece alrededor de 360
psig., esto se debe a que el P.I.C. 457 es ajustado a 450 psig., para garantizar una
operación normal en el C-2.
103
0
5000
10000
15000
20000
25000
1 97 193
289
385
481
577
673
769
865
961
1057
1153
1249
1345
1441
# MUESTRAS (Prom) 05-06-00 08:00
RP
M
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
°F
Velocidad C-3 Velocidad C-4 Temp. de Descarga Exp. C-4
Gráfica 9 Velocidad de Expansores vs Temperatura Desc. Exp. C-4.
(Ferrer y Medina 2000).
En este gráfico, es apreciable que cuando el C-3 tiene muy baja revolución la
temperatura de descarga del C-4 aumenta de –75º F a –55º F, lo cual impide
obtener una mejor recuperación de los Líquidos del Gas Natural ( LGN).
104
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 91
181
271
361
451
541
631
721
811
901
991
1081
1171
1261
1351
# MUESTRAS (Prom) 05-06-00 10:00
RP
M
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
PS
IG
Velocidad C-3 Velocidad C-4 Presión de Descarga Exp. C-4
Gráfica 10 Velocidad de Expansores vs Presión Desc. Exp. C-4. (Ferrer y
Medina 2000)
En este Gráfico, se puede observar como se logra disminuir la Presión de
Descarga del Expansor C-4,es posible acelerar en Manual al Expansor C-3 hasta
17500 r.p.m, ya que el C-3 es el que ahora suministra la Presión de succión del C-
2, por consiguiente se puede ajustar el P.I.C. 457 de 450 psig a 400 psig. Por lo
tanto, la Presión de la Torre Desetanizadora también disminuye de 360 psig a 315
psig., obteniendo de esta forma mejoras en la recuperación de Líquidos del Gas
(LGN) y disminuyendo el requerimiento calórico del fondo de la Torre.
105
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 90
179
268
357
446
535
624
713
802
891
980
1069
1158
1247
1336
# MUESTRAS (Prom) 05-06-00 10:00
RP
M
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
°F
Velocidad C-3 Velocidad C-4 Temp. de Descarga Exp. C-4
Gráfica 11. Velocidad de Expansores vs Temp. Desc. Exp. C-4. (Ferrer y
Medina 2000)
En esta Gráfica, se aprecia el efecto de operar en Manual al Expansor C-3
sobre la temperatura. Esta disminuye desde –55º F hasta –75º F, lo cual permite
una mayor recuperación de LGN.
106
3.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS.
Luego de haber realizado el análisis de los resultados correspondientes al
cuestionario y a las alternativas planteadas, se procedió a la discusión de los
resultados en base a los datos obtenidos.
Los resultados arrojados, revelan que las variables controladas y
manipuladas por el operador de la Planta de Extracción de Líquidos,
específicamente de Lama Proceso, son por una parte la presión y el flujo de gas
de entrada proveniente de Lama Compresión, y por otra parte la velocidad y la
temperatura.
Estas variables, son las que repercuten en el comportamiento del Proceso,
ante las variaciones de entrada de flujo, las cuales por el diseño de la planta
deben estar comprendidas entre un máximo de flujo de 120 MMPCND y un
mínimo de 60 MMPCND, con una presión máxima de entrada de 1800 Psig y un
mínimo de 1700 Psig.
Se debe destacar que, las variaciones de entrada de flujo a Lama Proceso es
atribuido a varias causas, entre las que se tienen la distribución de gas de
alimentación a la planta, por cuanto se tienen establecido prioridades del gas
proveniente de Lama Compresión. Seguidamente, se muestra gráficamente como
es dicha distribución en el Figura 14.
El gas proveniente de Lama Compresión que promedia un volumen de 320
MMPCND, teniendo como 1era prioridad, 220 MMPCND para Gas Lift, (Gas de
Levantamiento artificial), 2da prioridad los 85 MMPCND dirigidos a Lama Proceso y
107
por último los 15 MMPCND que son distribuidos al Complejo Petrolero “El
Tablazo”, siendo todas estas cifras promedio.
220 MMPCND
(1era prioridad). Gas Lift. 320 MMPCND 85 MMPCND
Gas proveniente de Lama PV-444A (2era prioridad) Compresión (1800 psig) Lama Proceso.
15 MMPCND
PV-444B (3ra prioridad). El Tablazo.
Figura N° 14. Distribución del gas de alimentación. (Ferrer y Medina 2000)
Quedando identificadas las variables: presión, flujo, velocidad y temperatura.
Analizando la estrategia de control empleada actualmente por el Sistema de
Control Distribuido (D.C.S.) y las especificaciones de diseño de la planta para
diferentes rangos de flujo de gas de entrada, este se caracteriza por la generación
de conflictos entre sus componentes, esto es, los Controladores e Indicadores de
Presión y Flujo, lo que incide en el funcionamiento de los turboexpansores que
operan de manera automática bajo rangos preestablecidos (set- point), que el
Manual de mediciones CEPET (1989, p. 72), lo define como el punto de ajuste de
porcentaje en el cual se quiere mantener la condición del proceso, dado el diseño
de la planta para el proceso de extracción de líquidos del gas natural .
Estudiando las diferentes alternativas que permitan la adecuación del
sistema de control de flujo actual de la planta, y considerando el diseño de la
misma, se planteó:
108
1ra alternativa: la eliminación del Controlador Indicador de Flujo FIC- 127A e
incluir un Indicador Controlador de Presión P.I.C. – 205, en la succión del
recompresor C-2.
2da alternativa: operar en manual el Expansor C – 3 en un rango
comprendido de 16.000 a 17.500 r.p.m, controlando la presión de descarga del
mismo, mediante la válvula JT (FV – 120) y el P.I.C. 186 cuando el flujo de
alimentación de la planta está entre 65 y 72 MMPCND.
Al evaluar las alternativas planteadas, mediante la implantación de
condiciones extremas y temporales, con el propósito de verificar la estabilidad de
las variables controladas, la propuesta de operar en manual el C – 3 (2da
propuesta), es la seleccionada por los resultados obtenidos.
Estos resultados arrojados en la estrategia seleccionada, al compararlos con
la estrategia actual, podemos notar que se logra disminuir la presión y temperatura
de operación de la torre desetanizadora, incidiendo en el mejoramiento de la
temperatura de los separadores de baja y media presión V – 6 y V –5
respectivamente, y con ello en la operabilidad de los mismos, dado que, se
disminuye la temperatura del fondo de la torre; lográndose una mayor producción
de la planta, cerca de 120 BPD más que cuando se opera con el escenario:
Expansor C-4 y Válvula J.T. FV-120, con un rango de alimentación entre 65 y 72
MMPCND.
Es de resaltar que esta estrategia está siendo utilizada por los operadores de
Lama LGN, debido a los resultados positivos que se obtienen cuando la planta
procesa un volumen de gas en el rango indicado anteriormente.
