MANUAL DE INSTRUMENTACION PARA SEPARADOR BIFASICO

Elaborado por: Alcides ZorrillaEspecialidad: Ingeniero Electrónico

CIV: 222426Cliente Caribbean Process and Treatment C.A.

Fecha de elaboración: 30 de Diciembre de 2013

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TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCION.............................................................................................................................3

1. FILOSOFIA DE FUNCIONAMIENTO DE UN SEPARADOR........................................4

2. ELEMENTOS DE INSTRUMENTACION Y CONTROL DE UN SEPARADOR..........5

Instrumentación operativa:.....................................................................................................5

Sección de control y alimentación.......................................................................................10

3. FILOSOFIA DE CONTROL DEL SEPARADOR............................................................13

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INTRODUCCION

El flujo que se obtiene de un yacimiento petrolífero, por lo general, es multifasico

(dos o más fases). La separación física de estas fases es una de las

operaciones fundamentales en la producción, procesamiento y tratamiento

de hidrocarburos.

El correcto funcionamiento de un separador depende de muchas variables: su

dimensionamiento, su filosofía de diseño, los materiales utilizados para su

construcción, el correcto estudio de las condiciones operativas de la locación y la

lógica e implementos de instrumentación y control aplicados al equipo.

Este último apartado será el énfasis de este documento, aquí se detalla la

filosofía de instrumentación y control aplicada al separador objeto de estudio, para

lograr esta meta, primeramente debe de tenerse claro que es un separador

bifásico y como funciona, para luego poder describir cómo y con qué instrumentos

se realiza el control del mismo.

Se detallaran a fondo todos lo dispositivos usados para el control del separador

entre estos, válvulas, sensores, controladores y demás accesorios asociados a los

mismos.

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1. FILOSOFIA DE FUNCIONAMIENTO DE UN SEPARADOR

El fluido entra en el separador y se contacta con un desviador de ingreso,

causando un cambio repentino en el impulso y la separación bruta inicial de líquido

y vapor.

La gravedad causa que gotas de líquido caigan de la corriente de gas al fondo

del recipiente de recolección. Esta sección de recolección de líquido provee el

tiempo de retención necesario para que el gas arrastrado salga del petróleo y suba

al espacio de vapor.

El gas fluye sobre el desviador de ingreso y luego horizontalmente por medio de

la sección de asentamiento de gravedad sobre el líquido. Mientras el gas fluye por

esta sección, gotas pequeñas de líquido que no fueron separadas por el desviador

de ingreso son separadas por la gravedad y caen a la interfaz de gas - líquidos.

Algunas gotas son de un diámetro tan pequeño que no son fácilmente separadas

en la sección de asentamiento de gravedad. Por lo tanto, antes que el gas salga

del recipiente, pasa por una sección de fundición, o un extractor de neblina. Esta

sección emplea aletas, malla de alambre, o placas para fundir y remover las gotas

muy pequeñas.

Un controlador abre y cierra la válvula de control de presión en la salida de gas

para mantener la presión deseada en el recipiente. Normalmente, los separadores

horizontales se operan llenados solamente hasta la mitad con líquidos para

maximizar el área de interfaz de gas – líquidos, el nivel de líquido del separador se

controla a través de una válvula a la salida de crudo del sistema.

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2. ELEMENTOS DE INSTRUMENTACION Y CONTROL DE UN SEPARADOR

Antes de analizar la manera en que se controla el separador se debe de conocer

a fondo cada uno de los dispositivos que se encargan de realizar las labores de

control y monitoreo. Para una mejor comprensión, la instrumentación del

separador puede ser dividida en dos secciones, la sección de instrumentación

operativa y la sección de control y alimentación

Instrumentación operativa:

Para su operación, el separador está provisto de 5 sensores y dos válvulas

motorizadas los cuales se posicionan en determinados puntos de su estructura, lo

que les permitirá proporcionar información de variables importantes para el control

de su funcionamiento. Estos sensores son:

Transmisor de presión Rosemount 3051T :

Los transmisores Rosemount 3051T son el estándar de la industria para medición

de presión absoluta y estimada, su diseño compacto, permite la conexión del

transmisor de manera directa al proceso, permitiendo una instalación rápida y

económica.

Se ubica en la línea de salida de gas, y mide la presión a la que está sometido el

separador en todo momento de su operación, se designa como PIT260110 y

además tiene relación con la señal de control PCV260110 la cual es usada por el

PLC para activar las acciones correspondientes en caso de un acontecimiento

indeseado en lo referente a la presión de trabajo

Los parámetros operativos y características especiales de este sensor son:

Advertencia de integridad de alimentación para la detección de lazos

eléctricos degradados

Interfaz de operador local con menús sencillos y botones de configuración

incorporados

Variables escaladas, alertas de proceso y modo HART

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Certificado de seguridad

Exactitud de 0.04% del span

Desempeño total instalado de 0.14% del span (desempeño total instalado

se refiere a una sumatoria de todos los posibles errores que podrían afectar

la medición)

Posible span -14.7 a 1000 psi (dependiendo del modelo que se ordene)

Métodos de comunicación: PROFIBUS, Foundation Fieldbus, HART e

inalámbrico (se requieren ciertos accesorios para el uso de este modo)

Sensor de flujo másico Rosemount 3095M:

Este es un sensor de flujo del tipo multivariable, es decir, el censa la presión

estática, diferencial y la temperatura de proceso y en función de estos parámetros

calcula el flujo másico totalmente compensado de manera dinámica.

Se ubica en la salida de gas, y se encarga de medir el gas de salida del separador

para propósitos de fiscalización, su designación en la nomenclatura del separador

es FIT260120

Las características operativas de este sensor son:

Exactitud de ± 1.0% para una rango de cobertura de flujo de 10:1

El desempeño Ultra para flujo ofrece una estabilidad de 10 años y una

garantía limitada de 12 años

Comunicación a través de protocolos HART o fieldbus

Útil para gas, liquido o vapor

Rango de presión diferencial 0 a 2,49 bar

Rango de presión absoluta 0 a 3626 psia

Rango de presión estimada 0 a 3626 psig

Rango de temperatura de proceso -180 a 816°C

Rango de temperatura fija -273 a 1927°C

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Sensor de flujo másico Micro Motion serie T y transmisor modelo 1700

Este tipo de sensores son de tipo coriolis, su construcción recta ayuda a evitar

los taponamientos, son autodrenantes lo cual facilita su mantenimiento en sitio, el

transmisor modelo 1700 está especialmente diseñado para interactuar

eficientemente con el sensor y de este modo ofrecer una lectura rápida y confiable

de los datos recabados por el mismo.

Estos dispositivos combinados se encargan de medir, cuantificar y transmitir la

flujometria de crudo manejada por el separador para propósitos de fiscalización,

su designación en la nomenclatura del separador es FIT260110

Las características operativas de estos son:

Máxima tasa de flujo másico 3200 lb/m (dependiendo del modelo)

Máxima tasa de flujo volumétrico 383 gal/min (dependiendo del modelo)

Precisión de flujo másico ± 0.15% de la tasa de flujo

Precisión de flujo volumétrico ± 0.25% de la tasa de flujo

Precisión de flujo de gas ± 0.5% de la tasa de flujo

Repetibilidad ± 0.05% de la tasa de flujo

Estabilidad del cero de flujo másico 0.48 lb/m (dependiendo del modelo)

Estabilidad del cero de flujo volumétrico 0.06 gal/min (dependiendo del

modelo)

Precisión de la densidad (solo liquido) ± 2 kg/m3

Repetibilidad de la densidad (solo liquido) ± 0.5 kg/m3

Rango de la densidad (solo liquido) 0 a 5000 kg/m3

Precisión de la medición de temperatura ± 1.0 °C ± 0.5 °C de la lectura

Repetibilidad de la medición de temperatura ± 0.2 °C

Capacidad de presión 1450 psig

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Transmisor de temperatura Rosemount 3144P :

El sensor Rosemount 3144P ofrece una serie de beneficios tales como

encapsulamiento de doble compartimiento, capacidad para su uso con sensores

sencillo o dobles, y un software de apoyo y diagnostico líder en el mercado

Este se encuentra ubicado en la línea de salida de crudo, se designa como

TIT260110 en la nomenclatura usada en el separador

Sus características operativas son:

Niveles de humedad aceptados 0 a 99%

Tiempo de respuesta 0.5 seg (sensor sencillo) 1 seg (sensor doble)

Estabilidad de ± 1.0% de la lectura o 1.0 °C (el que sea mayor, garantizado

por 24 meses para su uso con RTDs)

Estabilidad de ± 1.0% de la lectura o 1.0 °C (el que sea mayor, garantizado

por 12 meses para su uso con termocuplas)

Estabilidad de ± 0.25% de la lectura o 0.25 °C (el que sea mayor,

garantizado a 5 años para su uso con RTDs)

Estabilidad de ± 0.5% de la lectura o 0.5 °C (el que sea mayor, garantizado

por 5 años para su uso con termocuplas)

Sensor de nivel Rosemount 5402

Sensor de nivel basado en la tecnología de pulsos de radar, esta emite un pulso

el cual al entrar en contacto con alguna sustancia con cte. dieléctrica diferente al

aire refleja parte de su energía al transmisor, el cual de acuerdo al tiempo de viaje

de la señal reflejada determina el nivel de la sustancia impactada. Su área de

aplicación se centra en la medición de nivel de líquidos en contenedores,

depósitos, recipientes reactores y depósitos subterráneos, aplicación con

sustancias pegajosas, corrosivas, cristalizantes, viscosas y condensantes.

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Está ubicado en la estructura principal del separador y se encarga de medir el

nivel de líquido presente en el mismo, para así poder monitorear constantemente

la proporción crudo/gas presente en el equipo. Así como la presión, el nivel es uno

de los parámetros de control que deben mantenerse bajo un rango especifico, es

por ello que además de su etiqueta de identificación LIT260110 este sensor está

asociado con una señal de control denominada LCV260110 la cual es usada por

el PLC para ejecutar las acciones correspondientes en caso de una desviación del

parámetro de nivel con respecto al rango normal de operación.

Las características operativas de este dispositivo son:

Potencia de salida de microondas <1mW

Consumo de energía <50mW

Tiempo de arranque 40 seg

Humedad soportada 0 a 100%

Válvula de control rotativa Fisher Vee-Ball V300

Esta válvula de control es utilizada en la línea de gas para controlar el flujo del

mismo, es controlada mediante el PLC y su parámetro dominante es la presión de

la línea de gas, tiene asociada la señal PCV260110.

Su estructura se basa en una construcción bridada de cara elevada y es

compatible con una amplia gama de actuadores, requiere un suministro externo de

gas o aire comprimido para ejecutar sus funciones (aunque también puede usarse

el mismo gas de la línea)

Válvula de control rotativa con sello excéntrico Masoneilan Camflex II

Diseñado como un sistema integrado de válvula, posicionador y actuador, la

Camflex II está diseñada para minimizar la fricción y minimizar el desgaste de sus

componentes, en el separador está ubicada en la línea de salida de crudo y se

encarga de regular el flujo del mismo, es controlada mediante el PLC y su

parámetro dominante es el nivel de fluido del tanque, tiene asociada la señal de

control LCV260110, entre sus características resaltantes pueden destacarse:

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Actuador totalmente sellado lo que prolonga su vida útil y evita su desgaste

por los elementos

Posicionador directamente conectado al eje de la válvula, lo que garantiza

una ausencia de movimientos perdidos y proporciona un desempeño de

larga duración en cualquier instalación.

La acción de eje rotativo proporciona una mayor vida útil a las

empacaduras, ya que producen un bajo desgaste, poca fricción y evitan el

arrastre de contaminantes a través de las empacaduras.

Sección de control y alimentación

Esta sección está conformada por un convertidor AC-DC, y switch Ethernet, un

PLC, su fuente de poder particular y sus tarjetas de entradas y salidas analógicas,

todos estos elementos ubicados en dos gabinetes de control, punto desde el cual

llevan a cabo la energización y el control de toda la instrumentación operativa que

rige el funcionamiento del separador, a continuación serán descritos cada uno de

estos dispositivos con mayor detalle.

Fuente de alimentación de conmutación regulada Schneider ABL8REM24050

Esta fuente se utiliza para convertir el voltaje de alimentación AC de 110 V-220V

(dependiendo de lo que se tenga en la locación) a 24VDC adecuado para el

funcionamiento del resto de los dispositivos de control, entre sus características

técnicas cabe destacar:

Voltaje de entrada soportado 110-220 VDC, 100-240VAC de una sola fase,

100-240VAC fase a fase

Voltaje de salida 24 VDC

Potencia utilizada 120 W

Protección de entrada fusible integrado

Corriente de salida 5 A

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Switch Ethernet Telemecanique ConneXium 499NES18100

Switch de 8 puertos encargado de gestionar la señal de datos proveniente del

PLC, su propósito es posibilitar la conexión del sistema de control con dispositivos

externos con propósitos de expansión, configuración, programación entre otros,

entre sus características técnicas tenemos.

8 puertos de conexión

Display de LEDs para indicar el estado operativo de cada uno de los

puertos, de alimentación del equipo y alertas de fallas de conexión.

Arreglo de dip-switch para configurar el estado operativo de cada uno de los

puertos.

Memoria dinámica para direcciones MAC, algoritmo de detección de errores

de conexión y de paquetes de datos defectuosos

Función de etiquetado de tramas de datos para propósitos de

establecimiento de VLAN y para el establecimiento de la prioridad de los

paquetes de datos.

Tecnología de control de enlace basada en el monitoreo de la integridad de

la señal en los puertos de conexión y en la transmisión de pulsos de

prueba.

Autocruce y cambio de autopolaridad el switch detecta los pares de tx y rx

en el cable Ethernet y ajusta su puerto de acuerdo a la configuración del

mismo, posibilitando el uso de cables lineales o cruzados sin problemas,

además ajusta la polaridad de la línea de recepción en caso de estar

conectada incorrectamente.

Controlador Lógico Programable Schneider Familia Quantum

El controlador lógico programable (PLC por sus siglas en inglés) es el equipo

que se encarga de monitorear las variables del sistema y en función del algoritmo

que tenga programa ejecuta una serie de directivas orientadas a realizar un control

del proceso que garantice un desempeño adecuado del equipo o sistema en

cuestión.

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Para esta tarea el consta de una serie de dispositivos interconectados, cada

uno de ellos realiza una función específica, a continuación veremos cada uno de

estos dispositivos junto a una breve descripción estructural y del papel que

cumplen dentro de PLC.

Fuente de poder 140CPS21400

Es una fuente de alimentación DC que se encarga de proporcionar los

5VDC necesarios para el correcto funcionamiento del resto de los

componentes (CPU, las tarjetas de entrada y salida de datos y módulos de

comunicación) a partir de una alimentación de 24 VDC, en caso de una falla

de alimentación. Le proporciona al sistema suficiente tiempo para realizar

un cierre adecuado.

Módulo de procesamiento 140CPU65160

Este módulo es la unidad central de procesamiento del PLC y es donde se

almacena el algoritmo que gobierna las interacciones entre los diversos

sensores y actuadores instalados en el separador, entre sus características

resaltantes podemos destacar:

4 puertos de comunicación (Ethernet, USB, modus y modbus plus)

Procesador Pentium de 266 Mhz

Memoria RAM de 2MB

Módulo de entradas analógicas 140ACI04000

Este encargado de tomar las señales analógicas provenientes de los

sensores y transmitírselas al módulo de procesamiento, allí estas serán las

variables de entrada para el algoritmo de control del separador, entre sus

características resaltantes tenemos:

Capacidad para 16 entradas

Tipo de entrada aceptada, diferencial

Máxima corriente de entrada 30 mA

Arreglo de LEDs para señalización de integridad de alimentación y

estado operativo de cada canal

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Módulo de salidas analógicas 140ACO13000

Este dispositivo toma las directivas producidas por el algoritmo de control, y

las convierte a señales analógicas que serán transmitidas a los actuadores

(en este caso las válvulas de control) para que realicen de manera física las

directivas expresadas por el CPU, entre sus características técnicas

tenemos:

8 puertos de salida

Lazo de voltaje de salida 6-30VDC

3. FILOSOFIA DE CONTROL DEL SEPARADOR

El separador está gobernado a través de la siguiente lógica, los sensores de

presión, temperatura, nivel y flujo envían sus datos contantemente al PLC, cada

uno de estos datos tiene su propósito en la operación del separador, propósitos

que caen en una de las dos categorías bien sea fiscalización (llámese fiscalización

todo proceso de medida de parámetros físico-químicos del crudo y sus derivados

que se realizan bajo estándares definidos mediante organismos gubernamentales

y la industria petrolera) o control, a continuación veremos el propósito específico

de cada una de estas:

La señal del sensor temperatura denominada como TIT260110 es usada en

conjunto con la señal de flujo de crudo FIT260110 para calcular la

viscosidad y por ende el grado API del crudo transportado esta entra en la

categoría de fiscalización.

La señal de sensor de flujo másico denominada FIT260110 se encarga de

medir el flujo de crudo que está siendo transportado a través del separador,

esto con propósitos de llevar un conteo exacto del crudo separado, este

sensor cae bajo la categoría de fiscalización.

La señal del transmisor de flujo másico denominada FIT260120 se encarga

de medir el flujo de gas que sale del separador medido por medio de una

placa orificio instalada en la linea, a fin de poder llevar un conteo exacto del

gas separado, además, a través de esta medida y de los datos

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provenientes del sensor FIT260110 se puede realizar también el cálculo de

la eficiencia operativa del separador. Este es el último sensor cuya función

cae bajo la clasificación de fiscalización.

El sensor de nivel LIT260110 tiene la misión de verificar constantemente el

nivel de líquido en el tanque, cuando este se salga de los parámetros

establecidos (30% a 50%) el algoritmo presente en el PLC tomara acciones

correctivas mediante la señal de control LCV260110 la cual está dirigida a

la válvula Masealian Camflex II instalada en la línea de crudo (si el nivel

baja de 30% la válvula se cierra gradualmente reduciendo la tasa de salida

de crudo y permitiendo que el nivel de fluido dentro del tanque se

restablezca si sube del 50% la válvula se apertura, aumentando la tasa de

salida de crudo y produciendo una disminución en el nivel de fluido

acumulado en el tanque), esta señal entra en las de categoría de control.

El sensor de presión PIT260110 se encarga de medir la presión de

operación del equipo si esta se sale del rango (250 psi), el PLC enviara una

directiva con la señal PCV260110 para activar la válvula rotativa Fisher

V300 instalada en la línea de gas (la acción a tomar es aumentar la

apertura de la válvula para aumentar el flujo de gas y reducir la presión

acumulada dentro del equipo)

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