OLEODUCTOS Versión Final.pptx

DISEÑO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE OLEODUCTOS

Nathalia Ardila ÁnguloSusan Sarmiento Navas

María Alejandra Plata SánchezJuan José Martínez Gamboa

ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOSFACILIDADES DE SUPERFICIE

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

AGENDA

Estaciones de bombeo

Dispositivos de muestreo

Técnicas para verificar la integridad del oleoducto

Procedimientos empleados para el mantenimiento de oleoductos

Factores a considerar para el diseño

Ejercicios de diseño

ESTACIÓN DE BOMBEO

Las estaciones de bombeo 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.

FACTORES DE CAÍDA DE PRESIÓN

Viscosidad del Fluido

Tasa de Flujo

Elevación

FACTORES DE CAÍDA DE PRESIÓN

SISTEMA SCADA

ESTACIÓN DE BOMBEOESTACIÓN DE SUCCIÓN, DESCARGA Y VÁLVULAS DE

DESVIACIÓN (BYPASS)

Válvulas: Paso del Fluido

Válvula de Succión

Válvula de Descarga

Válvula de Bypass

Válvula de Compuerta

DISPOSITIVOS DE MUESTREO

Un tubo de diámetro muy pequeño es colocado dentro de la línea principal que va a la válvula de succión de la estación.

Este tubo permite al 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.

MEDICIÓN DE TEMPERATURALa temperatura se necesita conocer para poder calcular la densidad y la viscosidad. Las medidas de temperatura se toman electrónicamente usando un dispositivo de resistencia térmico.

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.

MEDICIÓN DE DENSIDADSe utiliza para vigilar el avance de cada bache y la variación de densidades en el oleoducto, así como para realizar cálculos en los sistemas de fugas.

Un densímetro extrae el líquido que viene de una línea y dirige este a través de un transducer. Dentro del tubo hay una tira delgada de metal la cual vibra cuando pasa el líquido por el tubo.

MEDICIÓN DE VISCOSIDAD

Viscosimetro de Saybolt

Viscosímetro Cinemático

La viscosidad de un líquido se mide en algunas estaciones para usarse en los cálculos para el sistema de detección de fugas.Los resultados del laboratorio se usan para correlacionar y confirmar las medidas en el oleoducto y asegurar la precisión.

TÉCNICAS PARA VERIFICAR LA

INTEGRIDAD DEL OLEODUCTO

TIPOS DE PRUEBAS

Pruebas Destructivas

Son aquellas en las cuales la probeta es destruida. Se

realiza con el fin de medir propiedades de los materiales

(resistencia mecánica, tenacidad, tensión, impacto,

etc.)

Pruebas No Destructivas

Son pruebas en las cuales no se alteran permanente las

propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales

del material.

TIPOS DE PRUEBAS

Pruebas No-Destructivas

Inspección Directa

- Inspección Visual- Tintas Penetrantes- Partículas Magnéticas- Ultrasonido Industrial- Radiografía Industrial- Emisión Acústica

Inspección Indirecta

INSPECCIÓN VISUALEste método es útil para detectar y dimensionar los defectos en la superficie exterior de la pared del ducto.

Los defectos por inspección visual incluyen: picaduras ,abolladuras, fugas, defectos externos de uniones soldadas, anomalías en soportería, deformación pliegues o defectos de recubrimiento .

Se rige por las normas ASME B31,3, ASME B31,4 y ASME B31,8.

INSPECCIÓN VISUAL

Esta limitada a la detección de discontinuidades superficiales.

La calidad de la inspección visual dependerá de la agudeza visual del inspector o de la resolución del sistema.

Se emplea en cualquier etapa de un proceso productivo.

La inspección visual muestra las discontinuidades más grandes y señala otras que pueden detectarse de forma más precisa con otros métodos.

VENTAJAS DESVENTAJAS

LÍQUIDOS PENETRANTES

Es un método de inspección superficial del tipo físico químico que consiste en aplicar la superficie de una pieza, un líquido con pigmentación contrastante o fluorescente para que penetre por capilaridad en las posibles discontinuidades del objeto que se prueba.


Fuente: http://endases.mex.


Los cuales se dividen en:

Removibles con agua. Post Emulsificante. Removible con solvente.

Fluorescentes

Contrastantes

Mayor sensibilidad de la prueba: Tintas Fluorescentes, Post Emulsificante.

Superficie rugosa: Removible con agua. Superficie tersa y pulida: Removible con solvente.

TIPOS DE TINTAS

CONSIDERACIONES

Ventajas

Muy sensible para la detección de

discontinuidades superficiales

Relativamente fácil de aplicar

El equipo es portátil

Bajo costo de inspección

Desventajas

Se limita a las discontinuidades superficiales

y a materiales no porosos

Se requiere una limpieza profunda antes de la

inspección

Se necesita tinta y revelador totalmente compatibles


PARTÍCULAS MAGNÉTICASConsiste en inducir un campo magnético en un material ferromagnético, con lo cual se forman distorsiones en este campo si el material presenta una zona en la que existen discontinuidades.

Estas distorsiones o polos atraen a las partículas magnetizables que son aplicadas en forma de polvo o suspensión en la superficie a examinar

Fuente: http://www.anmingenierialtda.com

• Se debe considerar la condición de la superficie del material

• Detecta solo las discontinuidades perpendiculares al campo magnético inducido

• Del tipo de material (características metalúrgicas y magnéticas) se determina el tipo de corriente y partículas a utilizar.

CONSIDERACIONES

Fuente: http://www.vivastreet.cl

PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

• Inspección rápida y de bajo costo• El equipo es relativamente simple• Detecta discontinuidades superficiales

como subsuperficiales• Adaptable a muestras pequeñas o

grandes

Ventajas

• No detecta discontinuidades paralelas al campo inducido

• Solo es aplicable a materiales ferromagnéticos

• La detección depende de otras propiedades como la permeabilidad, tipo, localización, orientación de la discontinuidad, entre otros.

Desventajas

PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

ULTRASONIDO INDUSTRIAL

Las ondas ultrasónicas pasan a través de los sólidos y son reflejados al llegar a los límites de estos. En los puntos donde existe una discontinuidad, las ondas no pueden pasar y son reflejadas produciendo un eco. Este se muestra en un tubo de rayos catódicos, revelando la presencia de los defectos.

Tomada de: http://html.rincondelvago.com/pruebas-no-destructivas.html


• Requiere acceso a solo un lado de la superficie de la pieza

• Buena resolución• Puede determinarse la

localización y tamaño del defecto

• Indicación instantánea de la discontinuidad

• No representa peligro para el ser humano

• Los resultados son obtenidos al momento de realizar el ensayo

• Requiere que la discontinuidad pueda reflejar la onda ultrasónica, lo cual depende de la geometría y el material.

• Se requiere de una superficie más o menos o plana y lisa para poder acoplar el transductor

• La interpretación de resultados requiere experiencia y conocimientos amplios


RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

La radiografía industrial es uno de los métodos más antiguos y de mayor uso en la industria.

Permite asegurar la integridad y la confiabilidad de un producto, y detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de una material.

Ventajas• Se puede usa en distintos

materiales• Se obtiene una imagen visual del

interior del material• Se tiene registro permanente de

la inspección

Desventajas• La pieza o material a inspeccionar

tiene que tener acceso por dos lados• Requiere estrictas medidas de

seguridad• Requiere instalaciones especiales

RADIOGRAFIA INDUSTRIAL

INSPECCIÓN DIRECTA

Por ductos donde no es posible inspeccionar directamente, ya sea por las condiciones del ambiente, tiempo o cantidad de ductos a inspeccionar, consecuentemente se opta por equipos especiales.

Por ductos donde no es posible inspeccionar directamente, ya sea por las condiciones del ambiente, tiempo o cantidad de ductos a inspeccionar, consecuentemente se opta por equipos especiales.

INSPECCIÓN DIRECTA

PRUEBAS HIDROSTÁTICASPruebas de presión a tuberías, tanques, tramos de oleoductos y equipos que requieran verificar su hermeticidad, confirmar su integridad mecánica y avalar las condiciones de operación para prevenir y mitigar los riesgos a personas y daños de equipos e instalaciones.

La prueba hidrostática nos permite:*Comprobar las condiciones de operación para *garantizar la seguridad tanto de las personas como de las instalaciones.*Detectar fugas.

PROCESOS EMPLEADOS PARA EL

MANTENIMIENTO DE OLEODUCTOS

MANTENIMIENTO El mantenimiento de los oleoductos es un problema de carácter táctico muy importante y trascendental para la industria del petróleo, no es posible hablar de una producción con estándares y normas de calidad si no existe un mantenimiento adecuado máquinas, procesos, equipos etc.

MANTENIMIENTO

Protección interna.

Protección externa.

Tareas Correctivas

Tareas Preventivas

Reparación.

Cambio de líneas.

MANTENIMIENTO

PROTECCIÓN EXTERNA

El daño externo siempre es causado por terceros y este desencadena daños físicos y por corrosión, para prevenir estos daños en ductos sumergidos y/o enterrados se aplican sistemas de protección como:

Protección catódica. Ánodos de sacrificio. Recubrimiento

anticorrosivo.

PROTECCIÓN CATODICA

Consiste en generar corriente externa que entra por toda la superficie del elemento y elimina la tendencia de los iones metálicos a diluirse. En este caso se genera una corriente eléctrica exterior que reduce virtualmente la corrosión a cero, pudiéndose mantener una superficie metálica en un medio corrosivo sin sufrir deterioro durante un tiempo indefinido.

ÁNODOS DE SACRIFICIOSe añade un ánodo cuyo potencial de reducción sea

mucho menor al del elemento a proteger.

Los metales más usados como ánodos de sacrificio son el Zinc y el Aluminio para el agua de mar, y el

Magnesio o el Zinc para suelo o agua dulce.No necesita una fuente de energía eléctrica.

RECUBRIMIENTO ANTICORROSIVO

Con el fin de evitar la corrosión superficial de las tuberías, se aplican diferentes tipos de pintura y/o cintas mecánicas, de acuerdo con el medio ambiente al que están expuestas.

La selección de un sistema de recubrimientos anticorrosivos, como mínimo debe considerar las siguientes consideraciones generales: Resultados en aplicaciones

anteriores. Propiedades físicas y químicas del

recubrimiento. Condiciones de exposición y de

servicio.

PROTECCIÓN INTERNAEn los ductos se acero utilizados para el transporte de hidrocarburos, es necesario establecer un programa de evaluación y control para minimizar los daños originados por la corrosión en el interior de las tuberías por el fluido que se transporta.

Contaminantes:Bacterias, dióxido de carbono, Cloruros, ácidos orgánicos, oxigeno, solidos o precipitados, parafinas, aguas, sales o incrustaciones, ácido sulfhídrico y derivados del azufre

DIABLOS DE LIMPIEZAEs un dispositivo con libertad de movimiento, que se inserta en un ducto de transporte de hidrocarburos para realizar funciones operacionales de mantenimiento todo con el objetivo de efectuar una corrida de limpieza y mantener limpia la superficie interna de los ductos.

Cuando se transportan fluidos corrosivos, se debe considerar la adición de inhibidores como una medida para mitigar la corrosión, Este método considera el uso de pequeñas cantidades de compuestos orgánicos o inorgánicos capaces de formar una película o barrera adherente en la superficie del Acero por atracción eléctrica o por una reacción, evitando el acceso de los agentes corrosivos.

La selección adecuada de un inhibidor depende del costo, beneficio, compatibilidad con el fluido y otros aditivos, facilidad en el manejo, dosificación y posibilidades de que tenga efectos nocivos en procesos posteriores

INHIBIDORES DE CORROSIÓN

RECUBRIMIENTO INTERIOR DE DUCTOS

El recubrimiento interior de ductos debe considerarse como otro recurso para control de la corrosión interior.Es una solución en áreas especiales como en cabezales de estaciones, líneas de descarga.El recubrimiento debe ser resistente y compatible con el fluido, sus contaminantes corrosivos o inhibidores.

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

Cuando los ductos presentan condiciones inadecuadas o daños por procesos corrosivos, grietas, laminaciones, abolladuras u otros es necesario implementar tareas correctivas sean estas reparaciones o el cambio en la línea.

Las actividades correctivas permiten restablecer la integridad de los oleoductos y ampliar su vida útil.

La decisión de reparar un oleoducto está en función de la severidad del defecto presente en las tuberías.

REPARACIONESPor lo general se realizan cuando los incidentes (picaduras, espesor bajo, abolladuras menores etc.) se presentan en la tubería, no obedecen a grandes daños que ameriten que la tubería sea cambiada completamente (reparación en caliente, en servicio).

La capacidad del ducto de soportar

la presión interna (su resistencia

residual).

La vida remanente del ducto.

REPARACIONES

La camisa es un elemento de alta resistencia mecánica y actúa como refuerzo mecánico para ayudar al oleoducto a soportar las expansiones debidas a la presión o como un contenedor hermético en el caso de una fuga.

Verificación de los espesores de

pared en el área adyacente al daño.

Remoción del revestimiento

Disminución de la presión de

operación.

CAMBIO DE LÍNEAS

Los cambios de línea son realizados para caso en los que un tramo completo presenta condiciones inadecuadas o daños por procesos corrosivos, grietas, laminaciones, abolladuras de gran tamaño.

Determinación de la magnitud de

los trabajos, daños a reparar,

reposición de tuberías, cambios de

válvulas etc.

Plan de aseguramiento de calidad.

DISEÑO DE OLEODUCTOS


1• Características de la tubería

2• Propiedades físicas del fluido

3• Relación entre la tubería y el fluido

Parámetros que deben ser considerados al diseñar oleoductos, gasoductos o poliductos:


1• Características de la tubería:

1. Diámetro interno de la tubería: Cuando el diámetro interno de la tubería disminuye, la pérdida de presión debido a la fricción se incrementa drásticamente siempre y cuando el diámetro más pequeño al igual que el más grande estén manejando el mismo tipo de flujo.


2. Longitud de la tubería: La longitud de un segmento de un oleoducto afecta la caída total de presión a lo largo de ese segmento. Entre mayor sea la longitud de un segmento en un oleoducto, mayor será la caída total de presión a través de ese segmento.


3. Rugosidad interna de la tubería: La rugosidad de las paredes de los canales y tuberías es función del material con que están construidos, el acabado de la construcción y el tiempo de uso.


2• Propiedades físicas del fluido:

Viscosidad

Densidad o Gravedad EspecíficaPresión de

Vapor Punto de Fluidez

Compresibilidad

Temperatura


3• Relación entre la tubería y el fluido:

Las características de la tubería y del fluido en movimiento a través de ella son interdependientes. El diámetro de la tubería, la viscosidad del líquido y la velocidad de flujo se combinan para afectar el flujo. El tipo de flujo es determinado mediante el Número de Reynolds, utilizando la fórmula:

Donde:Re = Número de ReynoldsD = Diámetro interno de la tubería (ft)v = Velocidad de flujo (ft/s)V = Viscosidad (ft2/s)


3• Determinación de la caída de presión:

Cálculo del Número de

Reynolds

Determinación del Factor de

Fricción

Cálculo de las pérdidas en

cabeza con la Ecuación de

Darcy

12

3


Cálculo del Número de

Reynolds

1El Número de Reynolds determina el tipo de flujo en una tubería.

El Flujo es: Para Re:Laminar Menor que 2000Crítico Ente 2000 - 4000

Turbulento Mayor que 4000


Re = número de Reynolds

D = diámetro interno de la tubería (ft)v = velocidad del

flujo (ft/sec)ѵ = viscosidad

(ft2/sec)

Re = Número de Reynolds

Q = tasa de flujo (Bbl/h)

D = diámetro interno de la tubería (in)ѵ = viscosidad (cs)

Re = Número de Reynolds

Q = tasa de flujo (m3/h)

D = diámetro interno de la tubería (in)ѵ= viscosidad (cs)


Determinación del factor de

fricción.

2Laminar


Turbulento

f

Re

El factor de fricción se determina también, utilizando el diagrama de Moody. Sin embargo la rugosidad relativa se debe conocer para utilizar la curva correcta


Cálculo de las pérdidas en

cabeza con la ecuación de

Darcy.

3La ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación ampliamente usada en hidráulica. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción dentro una tubería llena. Esta fórmula permite la evaluación apropiada del efecto de cada uno de los factores que inciden en la pérdida de energía en una tubería. La ventaja de esta fórmula es que puede aplicarse a todos los tipos de flujo hidráulico (laminar, transicional y turbulento).


Ecuación de DarcyEsta ecuación asume:- Continuidad o estado estable - Incompresibilidad, el fluido no cambia de volumen con el cambio de presión.- Isotérmico.- Longitud de la tubería considerablemente mas grande que el diámetro.- El diámetro del oleoducto no cambia.

Donde: hf = Pérdida de cabeza causada por la fricción (ft)f = Factor de fricciónL = Longitud de la tubería (ft)V = Velocidad de flujo del fluido (ft/s)D = Diámetro interno de la tubería (ft)g = Aceleración de la gravedad (32,2 ft/s2)


hf = pérdida de cabeza causada por

la fricción (ft)f = factor de fricción L = longitud de la

tubería (ft)v = velocidad de flujo

del fluido (ft/sec)D = diámetro interno

de la tubería (ft)g = aceleración de la

gravedad (32.2 ft/sec2)

hf = pérdida de cabeza (ft)

f = factor de fricción (del diagrama de

Moody)L = Longitud de

tubería (mi)Q = tasa de flujo

(bbl/h)D = diámetro interno

de la tubería (in)

DP = pérdida de presión (psi)

f = factor de fricciónL = Longitud de

tubería (mi)Q = tasa de flujo (bbl/h) (m3/h)SG = gravedad

específicaD = diámetro interno

de la tubería (in)

DISEÑO DE OLEODUCTOSEcuación de Estado Estable

Compara la energía en un líquido en dos puntos diferentes y cuenta para la adición o remoción de energía entre los mismos dos puntos. Puede ser utilizada para calcular valores teóricos para la presión, velocidad de flujo, pérdida de cabeza por fricción o cabeza requerida por una bomba para las condiciones de flujo estable.

P = presión (psi)r = densidad (lbm/ft3)GE = gravedad específicav = velocidad (ft/sec)g = 32.17 ft/sec2

Z = altura por encima del nivel de referencia (ft)Hp = cabeza adicionada por las bombas entre A y Bhf = pérdida de cabeza debido a la fricción entre A y B

DISEÑO DE OLEODUCTOSDistancia entre estaciones de bombeo

Factores a considerar:

MPO •Es la presión máxima a la cual se puede operar seguramente en un determinado lugar de la tubería

NPSH •Es la presión de cabeza que previene la formación de vapor en la boquilla de succión de una bomba centrifuga o cavitación en el impulsor.

NPSH = La cabeza de succión neta positiva,V = Velocidad del fluido o líquido,p = Presión a la entrada del impulsor,PV = Presión de vapor de líquidos,SW = Peso específico del líquido,g = Aceleración de la gravedad.


Distancia entre estaciones de bombeo:

DEE = Distancia entre estacionesMPO = Presión de operaciónNPSH = Cabeza neta positiva de succiónΔp = Pérdidas de presión

A B

EJERCICIOS

Un crudo con una gravedad específica de 0.855 fluye a una tasa de 2516 bbl/h por una tuberia de 12.25 in de diámetro interno. La viscosidad cinemática del crudo es 9 Cs. La rugosidad relativa (e/D) de la superficie de la pared es igual a 0.00016Cuál es la pérdida de presión por fricción a lo largo de un segmento de 50 millas?

Determinar si el flujo es turbulento o laminar.

1

El flujo es Turbulento

EJERCICIOS

Determinar el factor de fricción.

2

f = 0.021

Re = 50502.6

EJERCICIOS

Determinar las perdidas por fricción.

3

∆ 𝑷=𝟕𝟎𝟒 .𝟏𝟓𝐩𝐬𝐢

EJERCICIOSUn crudo mediano fluye de la Estación A a la Estación B a una tasa de 2516 bbl/h por un oleoducto con un diámetro interno de 12.25 in. Se conocen los siguientes datos:

Presión inicial en la Estación A = 650 psiDistancia entre la Estación A y la Estación B = 50 millasAltura de la Estación A = 1200 ftAltura de Estación B = 500 ftRugosidad relativa de la tubería (e/D) = 0.00016Gravedad específica (GE) = 0.855Viscosidad del crudo (μ) = 9.0 cP

EJERCICIOSPASO 1:Datos obtenidos del ejercicio anterior:

Re = 50502f = 0.021

PASO 2:Determinar las pérdidas en cabeza:

= 1939.9 ft

EJERCICIOSPASO 3:

Determinar la presión de la estación B

Ecuación de Estado Estable:

𝑃₁0.4333∗𝑆𝐺+

𝑉 ₁22∗𝑔+𝑍 ₁+𝐻𝑝=

𝑃 ₂0.4333∗𝑆𝐺 +

𝑉 ₂22∗𝑔+𝑍 ₂+𝐻𝑓

𝑃₁0.4333∗𝑆𝐺+𝑍 ₁= 𝑃 ₂

0.4333∗𝑆𝐺+𝑍 ₂+𝐻𝑓

6500.4333∗0.855 +1200= 𝑃 ₂

0.4333∗0.855 +500+1939. 9

= 190.65 psi

BIBLIOGRAFÍA

Fundamentos del Diseño de Oleoductos. Programa de Entrenamiento para Operaciones de Ductos. IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC.

Construcción de Oleoductos. Programa de Entrenamiento para Operaciones de Ductos. IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC.

RAMIREZ ZAMBRANO, ÓSCAR. Evaluación de Parámetros de Diseño y Operacionales en el Transporte de Hidrocarburos Líquidos a través de Oleoductos. Tesis de Grado UIS.

Seminarios Facilidades de Producción. Docente Erik Montes Páez.

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