Seleccion de Las Unidades de Bombeo

SELECCION DE LAS UNIDADES DE BOMBEO TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION ________________________________________________________1 Prop—sitos del modulo __________________________________________________1

SECCION 1 - PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO Introducci—n __________________________________________________________3 PŽrdida por Fricci—n en el Oleoducto ______________________________________4 Calculando la PŽrdida por Fricci—n en el Oleoducto __________________________4 Factores que influyen en la PŽrdida de Fricci—n en el Oleoducto ________________8 Repaso 1 ____________________________________________________________10

SECCION 2 - SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO Introducci—n ________________________________________________________13 Selecci—n de las Unidades de Bombeo ____________________________________14 Eficiencia y Efectividad de la Unidad de Bombeo ____________________________14 Review 2 ____________________________________________________________18

SECCION 3 - ARRANQUE Y PARADAS DE LAS UNIDADES DE BOMBEO Introducci—n ________________________________________________________21 Consideraciones ______________________________________________________22 Repaso 3 ____________________________________________________________26

SECCION 4 - APLICACION DEL MODELO PARA HACER DECISIONES PARA SELECCIONAR LA UNIDAD DE BOMBEO Introducci—n ________________________________________________________27 Aplicaci—n del Modelo para Hacer Decisiones ______________________________28 Reconocimiento ______________________________________________________29 Interpretaci—n ________________________________________________________29 Prioridad ____________________________________________________________30 Decisi—n ____________________________________________________________30 Implementar ________________________________________________________31 Monitoreo __________________________________________________________32 Evaluaci—n de Cambios ________________________________________________33

SUMARIO__________________________________________________34 GLOSARIO ________________________________________________35 RESPUESTAS ________________________________________________36 APENDICE ________________________________________________37

ATENCION El personal de operaciones usa tecnolog’a para alcanzar metas espec’ficas. Un objetivo clave del programa de entrenamiento es promover la comprensi—n de la tecnolog’a que el personal operativo, usa en su trabajo diario. Este programa de entrenamiento refuerza la relacion trabajo-habilidades mediante el suministro de informaci—n adecuada de tal manera que los empleados de oleoductos la puedan aplicar in mediatamente. La informaci—n contenida en los m—dulos es te—rica. El fundamento de la informaci—n b‡sica facilita el entendimiento de la tecnolog’a y sus aplicaciones en el contexto de un sistema de oleoducto. Todos los esfuerzos se han encaminado para que reflejen los principios cient’ficos puros en el programa de entrenamiento. Sin embargo en algunos casos la teor’a ri–e con la realidad de la operaci—n diaria. La utilidad para los operadores de oleoductos es nuestra prioridad mas importante durante el desarrollo de los temas en el Programa de Entrenamiento para el Funcionamiento de Oleoductos.

SELECCION DE LAS UNIDADES DE BOMBEO Técnicas Básicas de Operación © 1995 IPL Technology & Consulting Services Inc. Prohibida la Reproducci—n (Diciembre, 1995) IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC. 7th Floor IPL Tower 10201 Jasper Avenue Edmonton, Alberta Canadá T5J 3N7 Teléfono Fax

+1-403-420-8489 +1-403-420-8411

Referencia: 7.3 IPL Pump Unit Select. March, 1998

TECNICAS DE ESTUDIO Para que el aprendizaje de los m—dulos sea m‡s efectivo, se sugiere tener en cuenta las siguientes recomendaciones. 1. Trate de que cada periodo de estudio sea corto pero productivo (de 10 a 45 minutos). Si usted ha establecido que estudiar‡ durante los cinco dias de la semana un total de dos horas por d’a, separe los tiempos de estudio con periodos de descanso de dos a cinco minutos entre cada sesion. Recuerde que generalmente una semana de auto estudio reemplaza 10 de horas de asistencia a clases. Por ejemplo si usted tiene un periodo de tres semanas de autoestudio, deber‡ contar treinta horas de estudio si quiere mantener el ritmo de la mayor’a de los programas de aprendizaje. 2. Cuando usted estŽ estudiando establezca conexiones entre cap’tulos y tareas. Entre m‡s relaciones logre hacer le ser‡ m‡s f‡cil recordar la informaci—n. 3. Hay cuestionarios de auto-evaluaci—n al final de cada secci—n del m—dulo. Habitualmente al completar a estos cuestionarios incrementar‡ su habilidad para recordar la informaci—n. 4. Cuando estŽ leyendo una secci—n o un m—dulo, primero de un vistazo r‡pido a toda el material antes de comenzar la lectura detallada. Lea la introducci—n, conclusiones y preguntas al final de cada secci—n. A continuaci—n como una tarea separada estudie los encabezados, gr‡ficos, figuras y t’tulos. DespuŽs de Žsta excelente tŽcnica de revision previa, usted estar‡ familiarizado con la forma como est‡ organizado el contenido. DespuŽs de la lectura r‡pida continue con la lectura detallada. Su lectura detallada, refuerza lo que ya usted ha estudiado y adem‡s le clarifica el tema. Mientras usted este realizando Žsta lectura detŽngase al final de cada sub-secci—n y pregœntese ÒÀQue es lo que he acabado de leer?Ó

5. Otra tŽcnica de estudio œtil es escribir sus propias preguntas basadas en sus notas de estudio y/o en los t’tulos y subtitulos de los m—dulos. 6. Cuando estŽ tomando notas en el sal—n de clases considere la siguiente tŽcnica. Si usa un cuaderno argollas escriba solo en las p‡gina de la derecha. Reserve las p‡gina de la izquierda para sus propias observaciones, ideas o ‡reas en las que necesite aclaraciones. Importante: escriba las preguntas que su instructor hace, es posible que usted las encuentre en el cuestionario final. 7. Revise. Revise. Revise, El revisar el material aumentar‡ enormemente su capacidad de recordar. 8. El uso de tarjetas para notas, le ayudar‡ a identificar r‡pidamente ‡reas en las cu‡les usted necesita repasar antes de un ex‡men. Comience por ordenar a conciencia las tarjetas despuŽs de cada sesi—n de lectura. Cuando aparezca una nueva palabra, escr’bala en una cara de la tarjeta y en el reverso escriba la definici—n. Esto es aplicable para todos los m—dulos. Por ejemplo, s’mbolos qu’micos/que representan; estaci—n terminal/definici—n; una sigla (acronismo)/que significa. Una vez haya compilado sus tarjetas y se estŽ preparando para una prueba, ordŽnelas con el lado que contiene las palabras hacia arriba; pase una tras otra para verificar si usted sabe que hay en el reverso. Se ha preguntado usted por quŽ gastar tiempo innecesario en significados o conceptos? Porque las tarjetas que no pudo identificar, le indican las ‡reas en las cu‡les necesita reforzar su estudio. 9. Adicionalmente Žstos m—dulos tienen mŽtodos identificados de ense–anza espec’fica para ayudar a la comprensi—n del tema y su revisi—n. Los tŽrminos (palabras, definiciones), que aparecen en negrilla est‡n en el glosario. Para relacionar la informaci—n de los tŽrminos y su significado, los nœmeros de las p‡ginas aparecen en las definiciones del glosario con el objeto de identificar donde apareci— el tŽrmino por primera vez en el tŽxto. Las definiciones que en el glosario no tienen ningœn nœmero de p‡gina es importante de igual manera entenderlas, pero est‡n completamente explicadas en otro m—dulo.

SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

En los m—dulos anteriores se analiz— la perspectiva y el balance de todo el oleoducto. Como se indic—, el factor principal en el balance de un oleoducto es el de mantener el flujo balanceado a lo largo del oleoducto. Con el objetivo de crear y mantener el flujo del oleoducto, se requiere energ’a en forma de presi—n. El mayor porcentaje de esta presi—n es generado por las unidades de bombeo.

INTRODUCCION

Este m—dulo comienza con una discusi—n de las pŽrdidas por fricci—n en un oleoducto, luego describe c—mo seleccionar las unidades de bombeo apropiadas para superar las pŽrdidas por fricci—n. En este m—dulo tambiŽn se discute lo que debe ser considerado antes de arrancar y parar las unidades de bombeo. Finalmente, este m—dulo proporciona un ejemplo utilizando el modelo para la toma de decisiones que ayudar‡ a los operadores a escoger las unidades de bombeo m‡s convenientes o la combinaci—n de Žstas. El control de la presi—n generada por estas unidades de bombeo se discutir‡ en el pr—ximo m—dulo de Control. Las preguntas de repaso se encontrar‡n al final de cada secci—n de los siguientes m—dulos: Perspectiva integral del oleoducto, Balance, Selecci—n de la Unidad de bombeo y Control. Un cuaderno de trabajo por separado contendr‡ el material de los cuatro m—dulos de tal forma que el operador pueda utilizar todos los conceptos, utilizando el modelo para tomar, o hacer decisiones para analizar situaciones y proponer soluciones desde la perspectiva integral del ducto. Este cuaderno de trabajo reemplaza las preguntas de prueba generadas por la computadora que siguen los m—dulos de otras fases. A travŽs de este m—dulo, varias representaciones visuales se presentan. Hay ejemplos extraidos de sistemas Norte Americanos. Algunas de las variables en esas pantallas aparecen en sistema mŽtrico. Para convertirlos a sistema InglŽs, por favor consulte el ApŽndice. En Žste m—dulo se muestran representaciones gr‡ficas de un sistema real de oleoductos. Por este motivo, las variables contenidas en dicoas gr‡ficas se encuentran en inglŽs.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

PROPOSITOS DEL MODULO

PREREQUISITOS

Este m—dulo presenta informaci—n de los objetivos: ¥ Describe c—mo seleccionar las unidades de bombeo para satisfacer las necesidades de presi—n. ¥ Describe c—mo escoger las unidades de bombeo m‡s eficientes ¥ Describe c—mo escoger la unidades de bombeo m‡s efectivas. ¥ Describe c—mo aplicar el modelo para tomar decisiones en el proceso de selecci—n de bombeo. Todos los m—dulos dentro de las siguientes fases: Introducci—n al Comportamiento del Fluido Equipo del Oleoducto Representaci—n del Sistema Graficamente Sistemas de Control del Oleoducto Comportamiento Avanzado del Fluido Programaci—n Los siguientes m—dulos: PERSPECTIVA INTEGRAL DEL OLEODUCTO BALANCE

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

SECCION 1

PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO

La presi—n hace que los productos dentro del oleoducto fluyan. La determinaci—n de quŽ tanta presi—n se necesita es, por lo tanto, el primer paso en el proceso de selecci—n de la unidad de bombeo.

INTRODUCCION

Cada oleoducto tiene un requerimiento de la tasa de flujo (usualmente establecida por la programaci—n de despacho). Para determinar quŽ tanta presi—n se necesitar‡ para crear el flujo requerido, el operador, utilizando la teor’a hidr‡ulica y la informaci—n SCADA del oleoducto, debe entender el efecto que causa durante su operaci—n, la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto, despuŽs de estimar la energ’a que ser‡ requerida para establecer el flujo al valor especificado. DespuŽs de esta secci—n, estar‡ en capacidad de llevar a cabo los siguientes objetivos: ¥ Definir el termino pŽrdida por fricci—n en el oleoducto. ¥ Calcular la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto, proporcionando gr‡ficas de l’nea y los perfiles hidr‡ulicos. ¥ Identificar quŽ tasa de flujo, di‡metro de la tuber’a, longitud de la tuber’a y las caracter’sticas del fluido que influyen en la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto.

OBJETIVOS

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO

CALCULANDO LA PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO

A medida que los productos fluyen en un oleoducto, se pierde energ’a debido a la fricci—n entre el producto y las paredes del oleoducto. A esta pŽrdida de energ’a se le llama pŽrdida por fricci—n en el oleoducto. La PŽrdida por Fricci—n en el oleoducto es la diferencia entre la presi—n de descarga aguas arriba y la presi—n de succi—n aguas abajo en la siguiente estaci—n de bombeo. La cantidad de pŽrdida por fricci—n (pŽrdida de energ’a) entre estaciones depende de la distancia entre las estaciones aguas arriba y aguas abajo, la tasa de flujo, el tama–o de la tuber’a y las caracter’sticas del fluido que ocupa el oleoducto. Hay dos formas para calcular la pŽrdida por fricci—n. ¥ Aplicar la ecuaci—n de Darcy. La ecuaci—n de Darcy asocia el flujo balanceado de un fluido incompresible en una tuber’a con la pŽrdida de presi—n causada por la fricci—n. RefiŽrase a los m—dulos de COMPORTAMIENTO AVANZADO DEL FLUIDO para una discusi—n detallada y el uso de esta ecuaci—n. ¥ Derivar la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto de una gr‡fica digital o un perfil hidr‡ulico. Substraer la presi—n de succi—n aguas abajo de la presi—n de descarga aguas arriba. Las siguientes figuras ilustran una comparaci—n de las pŽrdidas de la l’nea por fricci—n de un oleoducto en Norte AmŽrica operando con dos fluidos distintos en la l’nea. Hay distintas diferencias en los diferenciales de las estaciones , la tasa de flujo y pŽrdidas por fricci—n que pueden ser observadas en las gr‡ficas del sistema y en las del perfil para las dos situaciones de un oleoducto en servicio con un hidrocarburo dulce y en servicio con un hidrocarburo pesado. T—mese un momento para notar las diferencias entre las gr‡ficas de los sistemas y de los perfiles. ÀPuede identificar la parte del gradiente que refleja una disminuci—n en las pŽrdidas por fricci—n debido a un incremento en el di‡metro del oleoducto? Al comparar la Figura 1b con la Figura 2b, ÀQuŽ diferencia significativa se observa con respecto a la pendiente de cada gradiente? Al entenderse que se requiere m‡s energ’a para bombear un hidrocarburo m‡s pesado, observe las diferencias en la selecci—n del bombeo entre los dos ejemplos. Aunque se utilizan m‡s bombas en las Figuras 2a y 2b, note que la tasa de flujo es menor que el de las Figuras 1a y 1b. Esto es un reflejo del bombeo de un hidrocarburo del tipo m‡s pesado Figura 1a

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

Pantalla del sistema en un Oleoducto en servicio con Hidocarburo dulce con una densidad de 51 (830 kg/m3) .m/.tt3 (630 kg/m3) Observe que las estaciones GA, GC y GE tienen en servicio las bombas y que las estaciones GB, GD y GF han sido desviadas.

Figura 1b Una Gráfica de Perfil Representando la figura 1a, mostrando el Cabeza, Elevación y Flujo

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

Figura 2a Pantalla del sistema de un Oleoducto en servicio con un Hidrocarburo pesado con una densidad de 57.5 lbm/ft3 (921 kg/m3)

Observe que se usaron las mismas configuraciones de la estación con el fin de poder comparar las pérdidas de la línea por fricción en las dos clases de crudo.

Figura 2b Una Gráfica de Perfil Representando la Figura 2a, mostrando el Cabeza, Elevación y Flujo

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

CALCULO POR PERDIDA DE FRICCION EN EL OLEODUCTO (PSI)(kPa)

Servicio de Hidrocarburo Dulce - 51.8 lbm/ft3 (830 kg/m3) De Estación a Estación

Presión de Descarga Aguas Arriba (psi) (kPa)

GA to GC 546 (3761.94) GC to GE 524 (3610.36) GE to GG 583 (4016.87)

Presión de Succión Aguas Abajo (psi) (kPa)

Pérdida por Fricción en el Presión Diferencial de la Oleoducto Pérdida (psi) (kPa) Estación Presión (psi) (kPa)

202 (1391.78) 344 (2370.16) 471 (3245.19) 197 (1357.33) 327 (2253.03) 322 (2218.58) 275 (1894.75) 308 (2122.12) 386 (2659.54)

Servicio de Hidrocarburo Pesado - 57.5 lbm/ft3 (921 kg/m3) De Estación a Estación

Presión de Descarga Aguas Arriba (psi) (kPa)

GA to GC 783 (5394.87) GC to GE 670 (4616.3) GE to GG 698 (4809.22)

Presión de Succión Aguas Abajo (psi) (kPa)

122 (840.58) 40 (275.6) 65 (447.85)

Pérdida por Fricción en el Oleoducto (psi) (kPa)

Presión Diferencial de la Estación (psi) (kPa)

661 (4554.29) 708 (4878.12) 630 (4340.7) 548 (3775.72) 633 (4361.37) 658 (4533.62)

Comparación de Pèrdida por Fricciòn en el Oleoducto y Diferencial de la Estacion Para Dos Distintos Servicios de Crudo Representando Perdidas Por Friccion (psi)(kPa)

GA to GC GC to GE GE to GC Servicio Dulce 344 (2370.16) 327 (2253.03) 308 (2122.12) Servicio Pesado 661 (4554.29) 630 (4340.7) 633 (4361.37) Diferencia (psi)(kPa)-317 (-2184.13) -303 (-2087.67) -325 (-2239.25) Comparación de Pèrdida por Fricción en el Oleoducto y Diferencial de la Estacion Para Dos Distintos Servicios de Crudo Representando Difencial de Estacion (psi)(kPa)

GA to GC GC to GE GE to GC Servicio Dulce 471 (3245.19) 322 (2218.58) 386 (2659.54) Servicio Pesado 708 (4878.12) 548 (3775.72) 658 (4533.62) Diferencia (psi)(kPa)-237 (-1632.93) -226 (-1557.14) -272 (-1874.08) Figura 3 Calculo de la Pérdida por Fricción en el oleoducto ilustrada en las figuras 1a, 1b, 2a, 2b.

Entonces quŽ significan estas comparaciones? Las gr‡ficas comparativas ilustran un incremento significativo en la pŽrdida de la l’nea por fricci—n con la densidad y viscosidad del fluido de la l’nea. Este incremento requiere el uso de energ’a adicional para generar el flujo en el oleoducto. Observe que se adicionan bombas en cada estaci—n para generar la energ’a necesaria para superar la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto mientras esta en servicio pesado.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

Note que el incremento promedio en el diferencial de la estaci—n es de 245 psi (1688 kPa) mientras que el incremento promedio en la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto es de 315 psi. (2170 kPa). Esta diferencia entre el incremento del diferencial de la estaci—n y el incremento de la pŽrdida por fricci—n se refleja en la diferencia de la tasa de flujo, entonces de 23 084 Bbl/hr a 21 009 Bbl/hr (3670 m3/hr a 3340 m3/hr), la diferencia es de 2076 Bbl/hr (330 m3/hr).

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO

EL EFECTO DE LA TASA DE FLUJO EN LA PERDIDA POR FRICCION Hay una relaci—n directa entre la tasa de flujo y la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto: a medida de que la tasa de flujo aumenta, la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto tambiŽn se incrementa. Esto fue discutido en los m—dulos de INTRODUCCIîN AL COMPORTAMIENTO AVANZADO DEL FLUIDOS y EL COMPORTAMIENTO DE FLUIDOS. Para compensar los cambios en la tasa de flujo y los cambios asociados con la pŽrdida por fricci—n, la presi—n del oleoducto debe cambiarse tambiŽn. Esto significa que cuando el flujo se incrementa, la presi—n requerida tambiŽn debe incrementarse. As’ mismo, cuando el flujo decrece, la demanda por presi—n tambiŽn decrece. Figure 4 Dos perfiles hidráulicos: uno a una tasa de flujo menor y el otro a una tasa de flujo mayor. Observe cómo las pendientes de los gradientes de presión varían con el flujo: a medida de que el flujo aumenta, las pendientes de los gradientes de presión también aumentan.

EFECTO DEL TAMAÑO Y LA LONGITUD DE LAS TUBERIA EN LA PERDIDA POR LA FRICCION En algunos oleoductos el di‡metro de la tuber’a cambia. Cuando los fluidos en una tuber’a de gran di‡metro entran a una tuber’a de menor di‡metro, las pŽrdidas por fricci—n en el oleoducto aumenta. Inversamente, cuando los fluidos entran a una tuber’a de mayor di‡metro, las pŽrdidas por fricci—n en el oleoducto disminuyen (ver Figura 5). La pŽrdida por fricci—n tambiŽn esta asociada con la longitud del oleoducto (la distancia entre estaciones): el oleoducto m‡s largo, tiene mayores pŽrdidas debido a la fricci—n.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

Figura 5 El perfil hidráulico indica los efectos de un incremento en el diámetro del oleoducto. Observe que entre las Estaciones A y B la pendiente de los gradientes de presión es menor. Esto indica una tubería de mayor diámetro. Note también que la tasa de flujo no refleja que el diámetro ha cambiado.

EL EFECTO DE LAS CARACTERISTICAS DEL FLUIDO EN LA PERDIDA POR FRICCION En un oleoducto que est‡ fluyendo, las caracter’sticas del fluido afectan la pŽrdida por fricci—n. Por ejemplo, se necesita m‡s presi—n para bombear un crudo pesado que para bombear un crudo liviano. Como diferentes baches con caracter’sticas diferentes (gravedad especifica y viscosidad) fluyen a travŽs del oleoducto, la cantidad de presi—n generada por la unidad de bombeo debe cambiar para mantener el flujo del fluido corriendo a una tasa constante. No obstante, si estos cambios de presi—n son muy significativos, necesitaremos arrancar algunas unidades de bombeo, mientras que otras sean paradas.

Figura 6

Un Perfil Hidráulico Los perfiles hidráulicos mostrados arriba indican de la cabeza y el flujo para dos tipos diferentes de crudo. El perfil de la cabeza en el diagrama del crudo dulce, indica un cabeza aguas arriba menor y un perfil del cabeza más plano, que el del perfil hidráulico para el servicio de crudo pesado, para crear una tasa de flujo balanceada de 23 084 Bbl/hr (3670 m3/hr). El perfil de la cabeza en el diagrama del crudo pesado, indica un cabeza aguas arriba mayor, el cual resulta de la adición de bombas en cada estación y un perfil de la cabeza con una pendiente mayor, que el del perfil hidráulico para el servicio de crudo dulce, para crear una tasa de flujo balanceada de 21 009 Bbl/hr (3340 m3/hr).

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

REPASO 1

1. La pérdida por fricción en el oleoducto puede ser definida como _____. a) la diferencia entre la presi—n de succi—n y la presi—n de descarga en la estaci—n b) la diferencia entre la presi—n de descarga aguas arriba y la presi—n de succi—n aguas abajo c) la suma de la presi—n de descarga aguas arriba y la presi—n de succi—n aguas abajo d) ninguna de las anteriores 2. Cuando aumenta la tasa de flujo, la pérdida por fricción en el oleoducto ______. a) aumenta b) disminuye c) permanece igual 3. Si la tasa de flujo se mantiene constante y disminuye el diámetro de la tubería, la pérdida por fricción en el oleoducto ____. a) aumenta b) disminuye c) permanece igual 4. Si la tasa de flujo permanece constante y la densidad y la viscosidad del producto en el oleoducto aumentan, la pérdida por fricción en el oleoducto _____. a) aumenta b) disminuye c) permanece igual 5. En la Figura 7, la pérdida por fricción en el oleoducto entre las Estaciones A y B es ____. a) 14 psi (96 kPa) b) 89 psi (613 kPa) c) 79 psi (544 kPa) d) 36 psi (248 kPa)

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

6. En la Figura 7, la pérdida por fricción en el oleoducto entre las Estaciones B y C es _____. a) 36 psi (248 kPa) b) 63 psi (434 kPa) c) 72 psi (496 kPa) d) ninguna de las anteriores 7. En la Figura 7, la pérdida por fricción en el oleoducto entre las Estaciones C y D es _____. a) 27 psi (186 kPa) b) 73 psi (503 kPa) c) 29 psi (200 kPa) d) 75 psi (517 kPa)

Station A (psi) (kPa)

B (psi) (kPa)

C (psi) (kPa)

D (psi) (kPa)

SPL DPL

-108 (74.4)

28 (192.9) 100 (689)

24 (165.4) 83 (571.9)

36.5 (251.5) ---

SP CP DP HP

5 (34.4) 112 (777.2) 94 (647.7)

15 (103) 98 (675) 87 (599)

24 (165.3) 51 (351.4) 51 (351.4)

22 (151.6) ---5 (34.4)

FLOW OUT LNPK OUT PCV

1400 0 0.72

1400 -0 0.75

1400 -0 1.00

UNIT 1 UNIT 2 UNIT 3 UNIT 4

RUNNING RUNNING RUNNING RUNNING

RUNNING RUNNING RUNNING RUNNING

RUNNING RUNNING RUNNING RUNNING

SET POINT SET POINT SET POINT SET POINT

...

15 95

15 82

1.00

1400 2S

Figura 7

Las respuestas se encuentran al final del m—dulo.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

SECTION 2

SELECCION DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

A medida que la complejidad del oleoducto aumenta (ej. m‡s estaciones, m‡s cambios en los di‡metros de la tuber’a, m‡s cambios en los baches, etc.), el nœmero de unidades de bombeo y las configuraciones posibles tambiŽn aumentan. Sin embargo, aun con cambios bruscos en un oleoducto u otros problemas que requieran acci—n inmediata, es importante considerar el estado del oleoducto en forma integral y tan a fondo como sea posible. Reconozca e interprete todos los factores importantes antes de tomar acci—n. Esto aplica particularmente al arranque o parada de unidades de bombeo debido a la introducci—n de oleadas o pulsaciones de presi—n. El objetivo principal al seleccionar unidades de bombeo es escoger la unidad que produce la presi—n requerida y que tambiŽn es la m‡s eficiente y efectiva.

INTRODUCCION

OBJECTIVOS

DespuŽs de esta secci—n, estar‡ en capacidad de cumplir los siguientes objetivos. ¥ Reconocer el objetivo principal en la selecci—n de una unidad de bombeo ¥ Definir la eficiencia y su relaci—n con la selecci—n de una unidad de bombeo ¥ Definir la efectividad con relacion a la seleccion de la unidad de bombeo

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

SELECCION DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

Antes de tomar una decisi—n que se refiera a la selecci—n de la unidad de bombeo, se deben tener en cuenta las siguientes preguntas: ¥ ÀCuanta presi—n se requiere? ¥ ÀNecesita hacer algunos cambios? ¥ ÀHay unidades de bombeo o combinaciones de unidades que generen la presi—n que se requiere? ¥ ÀPuede el oleoducto ajustarse a los cambios propuestos en la unidad de bombeo? ¥ ÀSe exceder‡n los l’mites de operaci—n permisibles aguas arriba y aguas abajo? ¥ ÀEl perfil geogr‡fico circunvecino tiene algœn efecto en la selecci—n de la unidad de bombeo? ¥ ÀQuŽ se sabe de los datos hist—ricos? Los datos hist—ricos muestran quŽ tan grandes son los cambios y quŽ tan r‡pido est‡n sucediendo? El marco de tiempo para la selecci—n de la unidad de bombeo se ve afectado por los dos. ¥ ÀHay algœn cambio en el di‡metro de la tuber’a quŽ pueda afectar la seleccion de las unidades de bombeo? ¥ ÀHay algunos cambios anticipados en los baches ? El no tomar en cuenta todas estas preguntas puede conducir a una operaci—n del oleoducto impredecible e ineficiente. Una selecci—n inadecuada de la unidad de bombeo puede causar una presi—n y un flujo inestable, haciendo dif’cil el determinar quŽ acci—n causo cual evento, as’ como causar un desgaste innecesario del equipo.

EFICIENCIA Y EFECTIVIDAD DE LA UNIDAD DE BOMBEO

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Las unidades de bombeo pueden ser seleccionadas con base en la eficiencia y la efectividad. La eficiencia es medida en tŽrminos de la cantidad de presi—n que genera la unidad de bombeo y por la cantidad de energ’a que Žsta consume. Considerando que la presi—n causa el flujo, la eficiencia de la unidad de bombeo se mide por la cantidad de energ’a que Žsta requiere para crear el flujo. La efectividad, con respecto a la operaci—n del oleoducto, es medida en tŽrminos del balance del oleoducto: esto significa una tasa de flujo estable, con volœmenes aproximadamente iguales entrando y saliendo, sin condiciones de empaquetamiento ni drenaje presentes a lo largo del oleoducto.

SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

La eficiencia es la primera consideraci—n en la selecci—n de las unidades de bombeo. As’ como se indic— en el m—dulo de las CURVAS DE BOMBAS, cada bomba tiene un punto donde la relaci—n entre el flujo y la energ’a es —ptima. Adicionalmente a la selecci—n de las unidades de bombeo que produzcan la presi—n necesaria o necesitada, las bombas escogidas, deben ser aquellas que tengan un punto de eficiencia —ptimo m‡s cercano a la tasa de flujo requerido por el oleoducto

EFICIENCIA

Algunas veces, cuando se mide la eficiencia de todo el oleoducto, se presentan situaciones donde el resultado de seleccionar combinaciones de unidades de bombeo de un grupo de las estaciones genera una eficiencia mayor que el de la unidad(es) con m‡s eficiencia en cada estaci—n (ver Figura 8).

Figura 8 La Estación A tiene un número de unidades que son muy eficientes para la tasa requerida. Las unidades en la Estación B fueron diseñadas para las tasas de flujo mayores que las normalmente bombeadas y son ineficientes en la tasa requerida. En este caso, así como en el perfil hidráulico 9A, la selección de la unidad(es) con más eficiencia de la Estación A y de la Estación B no sería tan eficiente globalmente como es el seleccionar todas las unidades de la Estación A y dejar por fuera las unidades de la Estación B como es indicado en el perfil hidráulico 9B.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

EFECTIVIDAD

La efectividad junto con la eficiencia, es la mayor consideraci—n en la selecci—n de una unidad de bombeo; es medida en tŽrminos de la tasa de flujo estable, con volœmenes aproximadamente iguales de entrada y salida del oleoducto y sin mostrar condiciones de empaquetamiento ni drenaje. La eficiencia y la efectividad deben ser complementarias. Esto significa, que las unidades de bombeo deben suministrar la presi—n requerida al mayor valor de eficiencia de energ’a. Sin embargo, algunas veces la unidad de bombeo de mayor eficiencia o combinaci—n de unidades puede no producir la presi—n requerida. El seleccionar las unidades de bombeo œnicamente con base en la eficiencia puede significar el arranque de una unidad de bombeo, que produce m‡s presi—n de la que se necesita, operar la unidad por un corto periodo de tiempo (creando un flujo desbalanceado y aumentando el empaque de la l’nea aguas abajo y disminuir el empaque de la l’nea aguas arriba) y luego parar la unidad para revertir el proceso. Teniendo en cuenta que el arrancar y parar las unidades de bombeo frecuentemente es perjudicial para el equipo, puede resultar m‡s efectivo el escoger unidades de menor eficiencia que satisfagan el requerimiento de presi—n que el arrancar y parar continuamente la unidad disponible de mayor eficiencia. La efectividad puede convertirse en la prioridad operacional cambiando o aplicando las siguientes condiciones: ¥ densidad y viscosidad del fluido bombeado ¥ disponibilidad de caballos de potencia (potencia disponible y paros de unidades) ¥ la tasa de flujo del oleoducto ¥ condiciones clim‡ticas (calor o fr’o extremo) ¥ calidad de la energ’a suministrada, lo cual puede incrementar la carga en el motor ¥ disponibilidad de combustible ¥ nœmero de arranques o paradas de las unidades de bombeo a la fecha ¥ tiempo de operaci—n de la unidad de bombeo (horas de operaci—n)

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

La operaci—n exitosa del oleoducto siempre necesita de arreglos viables entre la eficiencia y la efectividad y los operadores deben trabajar constantemente dentro de las restricciones especificas. Por ejemplo, el equipo que se necesita no siempre puede estar disponible, la tasa de flujo puede no coincidir con el pico del punto de eficiencia de la unidad, las fallas en las comunicaciones pueden impedir que el operador reciba informaci—n vital o los climas extremos pueden afectar el funcionamiento del equipo. Se deben tener en cuenta estas consideraciones de tal forma que se puedan tomar decisiones ÒefectivasÓ con relaci—n a la unidad de bombeo. La eficiencia y la efectividad del equipo de bombeo pueden afectar a largo plazo, la operaci—n e integridad del sistema del oleoducto completo.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

REPASO 2

1. La eficiencia de la unidad de bombeo es medida en términos de _____. a) cantidad de energ’a generada por la presi—n consumida b) balance del oleoducto: una tasa de flujo estable, empaque uniforme de la tuber’a, volumen de entrada igual al volumen de salida c) cantidad de presi—n generada por la energ’a consumida d) cantidad de flujo generado por una sola unidad de bombeo 2. La efectividad de la unidad de bombeo es definida en términos de _____. a) cantidad de energ’a generada por la presi—n consumida b) balance del oleoducto: una tasa de flujo estable, sin condiciones de empaquetamiento ni drenaje, con volœmenes de entrada iguales a los volœmenes de salida c) cantidad de presi—n generada por la energ’a consumida d) cantidad de flujo generado por una sola unidad de bombeo 3. La eficiencia es el requisito primordial para selec cionar una unidad de bombeo. Al seleccionar unidades de bombeo tomando como base únicamente la eficiencia, significa que puede seleccionar unidades de bombeo que _____. a) producen la presi—n que necesita b) tienen el punto —ptimo de eficiencia muy cerca de la tasa de flujo requerido en el oleoducto c) generan una tasa de flujo estable a lo largo del oleoducto d) crean un flujo uniforme con volœmenes de entrada iguales a los de salida

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

4. Si selecciona las unidades de bombeo tomando como base únicamente la eficiencia, puede quetenga que arrancar una unidad de bombeo queproduzca más presión de la que necesite, correr la bomba por un corto periodo de tiempo y luego pararla para dejar que la presión disminuya. Cuál sería la forma más efectiva para seleccionar las unidades de bombeo? a) De un grupo de estaciones, seleccionar las unidades de bombeo con menor eficiencia, de manera que en general, cumpla con los requerimientos de presi—n. b) De un grupo de estaciones, seleccionar las unidades de bombeo con mayor eficiencia, de manera que en general, cumpla con los requerimientos de presi—n. c) Arrancar las unidades de bombeo para producir exceso de presi—n, luego parar la unidad de manera que la presi—n disminuya; repetir el proceso tantas veces como sea necesario. d) ninguna de las anteriores 5.

La efectividad se convierte a una prioridad operacional cuando se aplican ciertas condiciones. Cuál de las siguientes condiciones aplicaría? a) densidad y viscosidad del fluido bombeado b) disponibilidad de caballos de potencia c) la tasa de flujo del oleoducto d) todas las anteriores Las respuestas se encuentran al final de este m—dulo.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

SECCION 3

ARRANQUE Y PARADA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO

El arrancar y parar unidades de bombeo afecta la presi—n y el flujo de todo el oleoducto. Los operadores deben estar familiarizados con los posibles efectos, tanto en la estaci—n como a lo largo de todo el sistema, los cuales pueden resultar de una unidad de bombeo prendida o apagada.

DespuŽs de esta secci—n, estar‡ en capacidad de cumplir el siguiente objetivo. ¥ Identificar las consideraciones para arrancar o parar las bombas.

INTRODUCCION

OBJETIVOS

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

CONSIDERACIONES EL EFECTO DE ARRANCAR O PARAR UNA UNIDAD DE BOMBEO

Antes de que decida arrancar (o parar) una unidad de bombeo en particular, debe considerar las implicaciones de este comando tanto en la estaci—n como en el oleoducto completo. Antes de arrancar o parar una unidad de bombeo, es necesario analizar si el arranque resultara o no en una violaci—n de alguno de los l’mites de operaci—n permisibles en la estaci—n. Se deben tener en cuenta las siguientes preguntas: ¥ Caer‡ la presi—n de succi—n por debajo del m’nimo permisible? ¥ Exceder‡ la presi—n de descarga o la presi—n de la caja de su l’mite respectivo? ¥ Operar‡n las unidades de bombeo a velocidades excesivas? ¥ Se disparara alguno de los artefactos de Òprotecci—nÓ?

Figura 9 Una gráfica del sistema de un oleoducto que tiene una Estación GE operando cerca del límite de apagado por succión y también cerca del límite de apagado de la presión de descarga.

EL EFECTO DE ARRANCAR UNA UNIDAD DE BOMBEO CUANDO LAS PRESIONES ESTAN CERCA DE LOS LIMITES

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Normalmente, la operaci—n no debe considerar el arranque de una unidad de bombeo en una estaci—n tal como la Estaci—n GE, que muestra presiones muy cerca a los l’mites de operaci—n. La siguiente situaci—n ocurrir’a si los l’mites fuesen ignorados y se arrancara una unidad de bombeo. 1. Arrancar una unidad de bombeo GE4 - con 1515 caballos de potencia con el potencial para generar 136 psi (937 kPa) parael crudo de petroleo encontrado a travŽs de la estaci—n. 2. Una oleada de presi—n ocurrir’a si la unidad de velocidad fijas alcanza la velocidad m‡xima. Esta oleada de presi—n tiene el potencial de afectar las presiones de succi—n y descarga en la estaci—n.

SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

3. La unidad de bombeo GE1 se apagar’a por la baja succion que fue causada por la oleada de presi—n de arranque de GE4. La unidad de bombeo GE1 esta descargando 228 psi (1571kPa) antes de parar. La ganancia/pŽrdida neta en la presi—n para la estaci—n es -92 psi (-634 kPa). La presi—n diferencial de la estaci—n disminuir’a a 598 psi (4120 kPa) que en su turno podr’a reducir la presi—n de descarga a aproximada mente 668 psi (4602 kPa). 4. La tasa de flujo a travŽs de la estaci—n GE disminuir’a y como y aguas abajo reaccionen al cambio en la tasa de flujo de balances previos. Analizar si el arranque o paro potencial de una unidad de bombeo generara o no cambios en la tasa de flujo, los cuales podr’an resultar en una violaci—n de los siguientes l’mites de operacion en las estaciones aguas arriba o aguas abajo: ¥ l’mites de presi—n ¥ l’mites de energ’a ¥ l’mites de protecci—n de la unidad de bombeo (vibraci—n alta, sobrevelocidad o sobrecorriente, etc.)

EL EFECTO DE ARRANCAR O APAGAR LA UNIDAD DE BOMBEO EN EL DUCTO

Evidentemente, cualquier cosa que afecte la tasa de flujo en una sola estaci—n afectar‡ las secciones aguas arriba y aguas abajo en el oleoducto. Nosotros examinaremos los efectos de la situaci—n de la Figura 10 en ambos segmentos del oleoducto. 1. La disminuci—n en la tasa de flujo de la Estaci—n GE generar‡ un empaque de l’nea aguas arriba en la estaci—n GE. Las presiones aumentar‡n a medida que la la bomba convierte el flujo disminuiolo a travŽs de las bombas aguas arriba a presi—n. 2. El aumento estimado en la presi—n de succi—n en la Estaci—n GE es de 70 psi (482 kPa). Esto representa un cambio en el gradiente hidr‡ulico que exhibir‡ una pendiente de inclinaci—n menor a medida que la onda de la presi—n llega aguas arriba en la Estaci—n GC. La presi—n de descarga de la Estaci—n GC aumentar‡ al igual que la succi—n. El diferencial de la Estaci—n GC permanecer‡ aproximadamente en lo mismo, con cambios en la presi—n que se reflejan œnicamente en los cambios de la tasa de flujo a travŽs de las bombas de la Estaci—n GC.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

3. La secci—n aguas abajo del oleoducto en la Estaci—n GE tendr‡ disminuci—n en las presiones a medida que la onda llega a la Estaci—n GF. Estas no son unidades de bombeo en esta estaci—n, por consiguiente la ca’da de la presi—n pasa a travŽs de la estaci—n y continua hasta el punto de entrega en la Estaci—n GG. La ca’da en la presi—n llega a la Estaci—n GG y causar‡ el cierre de la v‡lvula de control de presi—n para mantener los 65 psi requeridos, soportando la presi—n. La tasa de flujo en el punto de entrega se reducir‡ hasta el punto en que se estabilizar‡ y reflejar‡ la nueva la tasa de flujo observada en la Estaci—n GE. Si el punto de elevaci—n alto, directamente aguas arriba en la Estaci—n GG, fuese sujeto a una separaci—n de columna, entonces la v‡lvula de control de presi—n continuar’a cerr‡ndose a medida de que la presi—n y el crudo fueran drenados del lado aguas abajo de la separaci—n. 4. Los cambios en la presi—n en la Estaci—n GC causar’an en el punto de inyecci—n una respuesta hidr‡ulica en la Estaci—n GA. La v‡lvula de control de presi—n empezar’a a cerrarse a medida que aumenta la presi—n, generada desde la reducci—n aguas abajo en la tasa de flujo de y el empaquetamiento subsecuente, crea un estrangulamiento mayor y una disminu ci—n en la tasa de inyecci—n. 5. Ahora, todas las secciones del oleoducto han sido afectadas por los cambios en la presi—n y flujo observados en la Estaci—n GE. El balance en este oleoducto ha sido afectado pero volver‡ eventualmente a medida de que los instrumentos de control en la Estaci—n GA y Estaci—n GG controlen la tasa de flujo, el cual ser‡ observada como menor que la tasa antes de parar la GE1.

RAZONES PARA EVITAR LA SEPARACION DE LAS COLUMNA

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Algunos oleoductos son dise–ados para operar continuamente con separaciones de columna como el cabeza, desde el punto de elevaci—n alto hasta la estaci—n aguas abajo, pudiendo ser mayor a lo especificado en el dise–o del equipo del oleoducto. Estos tipo de oleoductos son operados bajo condiciones de flujo suelto o holgado y usar‡n el control para establecer la altura m‡xima recomendada aguas arriba de la columna. La mayor’a de los oleoductos no operan bajo el flujo suelto y son sometidos a operaciones de l’nea ÒapretadaÓ. Los oleoductos operados bajo condiciones de l’nea ÒapretadaÓ evitan la separaci—n de columna y los problemas relacionados con esta separaci—n. Ellos emplean est‡ndares y procedimientos para tratar de mantener y corregir las columnas separadas. En operaciones de l’nea ÒapretadaÓ, la separaci—n es perjudicial para el equipo del oleoducto y tiene el potencial para disimular un problema mucho mayor, tal como la detecci—n de una ruptura en el oleoducto. La siguiente lista presenta las razones para evitar la separaci—n de la columna y el da–o potencial que puede resultar.

SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

¥ Una ruptura en el oleoducto puede ser disimulada por una separaci—n de la columna. El sistema del oleoducto es dise–ando para permanecer en un estado de fluido. Cuando ocurre una separaci—n de columna, el oleoducto entrara en flujo bi-f‡sico. Habr‡n dos tasas diferentes asociadas con la secci—n del oleoducto aguas arriba y aguas abajo de la separaci—n. La pŽrdida de la l’nea ira disminuyendo desde el punto de separaci—n hasta la estaci—n aguas abajo, a medida de que el flujo es drenado desde la elevaci—n m‡salta . Este cambio en la pŽrdida de l’nea es usualmente asociado con cambios en la densidad a medida de que el fluido se mueve a travŽs del sistema, cuando la presi—n de descarga de aguas arriba permanece invariable. Si ocurriera una fuga entre el punto de separaci—n y la estaci—n aguas abajo, este no se detectar’a por lo que el cambio en la pŽrdida de la l’nea no podr’a ser diferenciado del resultado de la separaci—n o una fuga en progreso. Recuerde que la separaci—n de una columna puede ser el resultado de una fuga, y por consiguiente, no puede ser tratada como una operaci—n normal del oleoducto. Se recomienda fuertemente que las organizaciones que operan oleoductos, con cambios de elevaci—n severa o moderada, desarrollen est‡ndares y procedimientos que se refieran a la separaci—n de columna, tales como el dispositivo disparador de la fuga con el requerimiento de la regla de los diez-minutos. ¥ Cuando un oleoducto es sometido a continuas separaciones de columna, los equipos, tales como tuber’as y v‡lvulas, son afectados por la erosi—n debido a la impulsi—n de burbujas de gas. La energ’a liberada a ra’z de los continuos cambios de estado, de gas a liquido a gas, tiene la potencia para desgastar el equipo del oleoducto hasta el punto de romperse debido a la fatiga del metal bajo las diferentes presiones de operaci—n normal. El resultado de la separaci—n de columna tiene un verdadero impacto financiero en una organizaci—n, teniendo en cuenta que el equipo puede necesitar ser reemplazado prematuramente antes de lo esperado. ¥ El equipo de detecci—n de fuga que es usado para trabajos en oleoductos son —ptimos cuando el flujo permanece en estado l’quido. Los datos reportados por la instrumentaci—n pueden llegar a ser err—neos, si estos son sujetos a reportar bajo condiciones fuera de sus capacidades de dise–o. Esta condici—n potencialmente puede ocasionar que el oleoducto se pare por una condici—n de fuga falsa u ocasionar una situaci—n peor que ser’a el no reportar una fuga real cuando esta ocurre. Esto nos ha enfocado a lo dif’cil de las operaciones, los aspectos financieros y el da–o ambiental en potencia para ilustrar que una operaci—n en l’nea ÒapretadaÓ debe mantener presiones positivas sobre las presiones de vapor liquido para evitar la consecuencia de una separaci—n de columna. Estas consideraciones ser‡n discutidas m‡s a fondo en m—dulos posteriores.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

REPASO 3

1. Antes de emitir la orden de arrancar o parar una unidad de bombeo, los efectos en _____ y en ______ se deben tener en cuenta. a) la estaci—n y el sitio de inyecci—n b) el sitio de inyecci—n y el oleoducto completo c) la estaci—n y el oleoducto completo d) ninguna de las anteriores 2. ¿Antes de arrancar una unidad de bombeo, cuales de las siguientes preguntas se deben tener en cuenta? a) resultar‡ el arranque de una unidad de bombeo en la violaci—n de alguno de los l’mites de operaci—n permisibles en la estaci—n ? b) exceder‡n estos l’mites las presiones de descarga o de la caja? c) Iniciara cambios en la tasa de flujo el arranque o pare de la unidad de bombeo, los cuales pueden resultar en una violaci—n de los l’mites en las estaciones aguas arriba y aguas abajo? d) todas las anteriores 3. ¿Arrancar o parar una unidad de bombeo, puede iniciar cambios en la tasa de flujo que pueden violar cual de los siguientes límites de operación? a) l’mites de presi—n b) l’mites de energ’a c) l’mites de protecci—n de la unidad de bombeo d) todas las anteriores

Las respuestas se encuentran al final de este m—dulo.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

SECCION 4

APLICACION DEL MODELO PARA HACER DECISIONES EN LA SELECCION DE UNIDADES DE BOMBEO El modelo para hacer decisiones, descrito en el m—dulo, PERSPECTIVA INTEGRAL DEL DUCTO, suministra al operador un mŽtodo œtil para determinar los requerimientos de una bomba con relaci—n al oleoducto entero, antes de tomar una acci—n. El modelo para hacer decisiones consiste de diferentes pasos: ¥ Reconocer la situaci—n, en particular, si necesita arrancar o parar una unidad de bombeo. ¥ Interpretar la situaci—n. ¥ Establecer prioridades cuando existe m‡s de una situaci—n. ¥ Decidir la unidad de bombeo o la combinaci—n de unidades de bombeo m‡s adecuada. ¥ Implementar la decisi—n: arranque o pare de bombas o combinaciones. ¥ Hacer el monitoreo y evaluar los resultados del arranque o el pare de la unidad de bombeo

INTRODUCCION

La siguiente secci—n del m—dulo presenta un ejemplo al cual se le aplic— el modelo para hacer de decisiones.

DespuŽs de esta secci—n, estar‡ en capacidad de cumplir el siguiente objetivo. ¥ Reconocer el valor del modelo para hacer decisiones al seleccionar unidades de bombeo para obtener el mejor balance posible del oleoducto.

OBJETIVOS

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

APLICACION DEL MODULO PARA HACER DECISIONES

SPL: Limite de la Presi—n de Succi—n DPL: Limite de la Presi—n de Descarga SP: Presi—n de Succi—n CP: Presi—n de caja DP: Presi—n de Descarga HP: Presi—n Mantenida

Decidir mediante el empleo del modelo para la toma de decisiones, mostraremos c—mo obtener la eficiencia y la efectividad en la selecci—n de una unidad de bombeo. Demostraremos y explicaremos el razonamiento para la selecci—n de las unidades de bombeo para aumentar la tasa de flujo para un oleoducto balanceado. Durante los 22 minutos, la tasa de flujo fue aumentada desde 22 644 Bbl/hr a 27 047Bbl/hr (3600 m3/h a 4300 m3/h). La Figura 10 es una gr‡fica digital del punto de partida.

23:21:00 h

Station A (psi)(kPa)

Station B (psi)(kPa)

Station C (psi)(kPa)

Station D (psi)(kPa)

SPL DPL

-700 (4823)

45 (310) 534 (3679)

45 (310) 625 (4306)

45 (310) --

-SP CP DP HP

99 (682) 449 (3094) 449 (3094) ---

156 (1095) 347 (2391) 344 (2370) ---

229 (1578) 559 (3851) 556 (3831) ---

------224 (1543)

FLOW OUT LNPK OUT PCV

23 223 (3692) 0 1.0

22 738 (3615) 0 1.0

22 839 (3631) 0 1.0

----------

UNIT V UNIT W UNIT X UNIT Y UNIT Z

STOPPED RUNNING RUNNING STOPPED STOPPED

STOPPED STOPPED RUNNING -------------

STOPPED STOPPED STOPPED STOPPED RUNNING

SU SETPOINT DP SETPOINT FL SETPOINT HP SETPOINT

--450 -----

65 554 -----

65 620 -----

SPL: SP: DP:

Suction Pressure Limit Suction Pressure Discharge Pressure

------220

DPL: Discharge Pressure Limit CP: Case Pressure HP: Holding Pressure

Figura 10 Punto de Partida Realizada a la Hora 23:21 El oleoducto esta fluyendo balanceadamente a una tasa de 22 644 Bbl/hr (3,600 m3/h)

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

El Primer paso en el modelo para hacer decisiones es el reconocimiento de la situaci—n. En este caso, la tasa de flujo se debe aumentar de 22 644 Bbl/hr a 27 047 /bb (3600 m3/h a 4300 m3/h) para cumplir con los requerimientos de la programaci—n. A continuaci—n, interprete los datos que tiene a la mano. Este oleoducto con cuatro estaciones fue dise–ado para ser m‡s eficiente a una tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). ¥ Para determinar quŽ tanta presi—n se necesita para crear una tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h), calcule la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto entre las estaciones (presi—n de descarga aguas arriba menos la presi—n de succi—n aguas abajo). Debido a que la tasa de flujo est‡ incrementando, la pŽrdida por fricci—n a la tasa actual es irrelevante. La pŽrdida por fricci—n puede ser calculada a la tasa de flujo deseada. Puesto que esto no puede ser determinado a partir de las gr‡ficas digitales actuales o perfiles hidr‡ulicos, se debe utilizar la ecuaci—n de Darcy. De la ecuaci—n la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto se determin— como: Estaci—n A a la B 356 psi (2432 kPa) Estaci—n B a la C 221 psi (1523 kPs) Estaci—n C a la D 456 psi (3142 kPs) ¥ La tasa de flujo m‡xima (capacidad) para este oleoducto es 29 563 Bbl/hr (4700 m3/h). Debido a que la tasa de flujo es menor que Žsta 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h), el riesgo de operar en/o cerca de los l’mites de presi—n permisibles es improbable. ¥ Considere las unidades de bombeo disponibles. El tama–o, velocidad y tasa de flujo —ptimo (obtenidas de las curvas de la bomba) para cada tipo de bomba son:

RECONOCIMIENTO

INTERPRETACION

Unidades Tipo V Unidades de bombeo de 1500 hp (2010 kW) (110 psi @ 27 047 Bbl/hr (758 kPa @ 4300 m3/h) 1800 rpm y una tasa de flujo —ptimo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). Las unidades de bombeo ÒVÓ (de 1500 hp (2010 kW) ser‡n muy eficientes a la tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h) puesto que esta es su tasa de flujo —ptimo. TambiŽn, estas unidades de bombeo ser‡n ideales donde los requerimientos de presi—n (pŽrdida por fricci—n en el oleoducto) sean de 110 psi (758 kPa) o cuando sean usadas en combinaci—n con otras bombas. Unidades Tipo W Unidades de bombeo de 2500 hp (3350 kW) (165 psi @ 27 047 Bbl/hr (1137 kPa @ 4300 m3/h), 1800 rpm y una tasa de flujo —ptimo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). Las unidades de bombeo ÒWÓ (de 2500 hp) ser‡n muy eficientes a la tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h) puesto que su tasa de flujo —ptimo es 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). TambiŽn, estas unidades de bombeo ser‡n ideales donde los requerimientos de presi—n (pŽrdida por fricci—n en el oleoducto) sean de 165 psi (1137 kPa).

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

Unidades Tipo X Unidades de bombeo de 2500 hp (3350 kW) (185 psi @ 27 047 Bbl/hr (1275 kPa @ 4300 m3/h), 1800 rpm y una tasa de flujo —ptimo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h)). Las unidades de bombeo ÒXÓ (de 2500 hp (3350 kW)) no deben ser utilizadas a una tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). Esta tasa supera la capacidad de flujo de esta unidad. Unidades Tipo Y Unidades de bombeo de 4100 hp (5494 kW) (260 psi @ 27 047 Bbl/hr (1791 kPa @ 4300 m3/h) 1800 rpm y una tasa de flujo —ptimo de 39 627 Bbl/hr (6300 m3/h)). Las unidades de bombeo ÒYÓ (de 4100 hp (5494 kW)) ser’an muy ineficientes a la tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). Aun cuando la pŽrdida por fricci—n en el oleoducto sea igual a la energ’a de salida de estas unidades de bombeo (240 psi (1654 kPa)), las usaremos œnicamente como un œltimo recurso. Unidades Tipo Z Unidades de bombeo de 5000 hp (6700 kW) (330 psi @ 27 047 Bbl/hr (2274 kPa @ 4300 m3/h), 3600rpm y una tasa de flujo —ptimo de 31 450 Bbl/hr (5000 m3/h)). Las unidades de bombeo ÒZÓ (de 5000 hp (6700 kW)) ser’an muy ineficientes a la tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). La velocidad alta de estas unidades de bombeo (3600 rpm) las hace susceptibles de una vibraci—n alta a una tasa de flujo de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h).

PRIORIDAD

DECISION

Cuando se reconocen diversas situaciones, es necesario decidir cual situaci—n se va a tratar primero. En este ejemplo, sin embargo, hay solo una situaci—n, una tasa de flujo cambia desde 22 644 Bbl/hr hasta 27 047 Bbl/hr (3600 m3/h a 4300 m3/h). Por esta raz—n, no hay necesidad de hacer un an‡lisis de prioridad a las situaciones. En el modelo para hacer decisiones, este paso involucra la determinaci—n del resultado final decidiendo quŽ acci—n tomar para cumplirlo. El resultado final deseado es una tasa de flujo incrementada desde 21 386 Bbl/hr hasta 27 047 /bb (3400 m3/h hasta 4300 m3/h). Decidir sobre la acci—n a tomar involucra el an‡lisis de la unidad de bombeo en tŽrminos de su capacidad para funcionar de acuerdo con las presentes necesidades. Mientras los requerimientos de presi—n (pŽrdida por fricci—n en el oleoducto) y la eficiencia de la unidad de bombeo son las consideraciones primordiales cuando se seleccionan unidades de bombeo, hay otras consideraciones: disponibilidad, tama–o o salida de las unidades de bombeo, presi—n permisible y l’mites de potencia, el lenado en el oleoducto, elevaci—n y clima son parte de la ecuaci—n.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

Las unidades de bombeo fueron seleccionadas as’:

ESTACION A

En la Estaci—n A, es requerida una combinaci—n de unidades de bombeo debido a que el requerimiento de la presi—n (367 psi (2529 kPa)) es mayor que la salida de cualquiera de las unidades de bombeo. Se seleccionaron las unidades de bombeo V y Y tomando como base primordial su combinaci—n de presi—n de salida (110 + 260 = 370 psi)(758 + 1791 = 2549 kPa). Aunque Y no es la unidad de bombeo m‡s eficiente, no hay combinaci—n que genere la presi—n requerida y sea tenga m‡s eficiente. Si las unidades de bombeo fueron seleccionadas tomando como base ESTACION B œnicamente la salida de presi—n, Y habr’a sido seleccionada. Sin embargo, los requerimientos de presi—n pueden ser cumplidos utilizando una combinaci—n m‡s eficiente de las unidades de bombeo: V y W. Sus salidas de presi—n combinadas (110 + 165 = 275 psi) (758 + 1137 = 18 954 kPa) cumplen con los requerimientos de presi—n de 271 psi (1867 kPa) y es muy eficiente a 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). Una combinaci—n de las unidades de bombeo se necesita en la Estaci—n C puesto a que los requerimientos de presi—n (419 psi (2887 kPa) es m‡s grande que la salida de cualquiera de las unidades. Las unidades de bombeo W y Y son seleccionadas bas‡ndose primordialmente en sus salidas de presi—n combinadas (165 + 260 = 425 psi (1791 + 1137 = 2928 kPa)). A pesar de que Y no es la unidad de bombeo m‡s eficiente, no hay una combinaci—n de las unidades de bombeo que sea m‡s eficiente. Una vez que se ha tomado la decisi—n, el pr—ximo paso en el modelo para hacer decisiones es el implementar la decisi—n. En este ejemplo, hay dos formas diferentes para llevar a cabo el resultado final. Se ilustrar‡ una posibilidad para ejecutar los comandos necesarios que incrementen la tasa de flujo de 22 644 Bbl/hr a 27 047 /bb (3600 m3/h a 4300 m3/h), ESTACION A

¥ ¥ ¥ ¥

ESTACION C

IMPLEMENTAR

Arrancar la unidad de bombeo Y Parar la unidad de bombeo X Arrancar la unidad de bombeo V Parar la unidad de bombeo W

Debido a que la tasa de flujo deseada de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h) es mucho mayor para la unidad de bombeo X, es necesario pararla antes de que la tasa de flujo se incremente. No hay garant’a de que la unidad requerida para arrancar, arrancar‡ en todo momento. Por lo tanto, cuando cambie de una unidad de bombeo a otra, primero arranque una unidad de bombeo y despuŽs pare la otra unidad de bombeo de tal forma que se asegure que la presi—n requerida es generada primero.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

MONITOREO

ESTACION B á á á

¥ Arrancar la unidad de bombeo V ¥ Arrancar la unidad de bombeo W ¥ Parar la unidad de bombeo W

ESTACION Cá á

¥ Arrancar la unidad de bombeo W ¥ Arrancar la unidad de bombeo Y ¥ Parar la unidad de bombeo Z

El paso final en el modelo para hacer decisiones es el de supervisar y evaluar el resultado de las acciones. En la Figura 11 hay una gr‡fica digital del oleoducto 22 minutos despuŽs de la situaci—n inicial. La tasa de flujo requerida en las tres estaciones ha sido alcanzada. Debido a que este balance es medido en tŽrmino de los cambios en el tiempo, bas‡ndonos en est‡ œnica gr‡fica, nosotros no podemos determinar si el oleoducto esta en un estado de balance. Para los prop—sitos de nuestro ejemplo, asumiremos que el oleoducto esta balanceado.

23:43:00 hs.

Station A(psi)(kPa) Station B(psi)(kPa) Station C(psi)(kPa) Station D(psi)(kPa)

SPL DPL

700 (4823)

45 (310) 534 (3679)

45 (310) 625 (4306)

45 (310) --

SP CP DP HP

85 (586) 452 (3114) 452 (3114)

99 (682) 370 (2549) 368 (2535)

147 (1013) 566 (3899) 566 (3899)

------104(717)

FLOW OUT LNPK OUT PCV

27 670 (4399) 0 1.0

27 487 (4370) 0 1.0

29 450 (4682) 0

UNIT V UNIT W UNIT X UNIT Y UNIT Z

RUNNING STOPPED STOPPED RUNNING STOPPED

RUNNING RUNNING STOPPED -------------

STOPPED RUNNING STOPPED RUNNING STOPPED

STOPPED

SU SETPOINT DP SETPOINT FL SETPOINT HP SETPOINT

--485 -----

100 554 -----

135 620 -----

------100

1.0

Figura 11 El Resultado Final a la hora 23:43 El oleoducto fue balanceado a una tasa de flujo de 29 563 Bbl/hr (4300 m3/h) en 22 minutos.

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

El ejercicio comenz— con el oleoducto fluyendo a 22 644 Bbl/hr (3600 m3/h) y aument— hasta 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). ¥ El oleoducto tiene ahora una tasa de flujo balanceada de 27 047 Bbl/hr (4300 m3/h). ¥ Las unidades de bombeo inicialmente en operaci—n no produjeron la suficiente presi—n y ser‡n ineficientes a una tasa de flujo mayor. El objetivo principal al seleccionar las unidades de bombeo es el de operar cada unidad lo m‡s cerca de su eficiencia m‡xima como sea posible mientras mantienen la tasa de flujo requerido. En este ejemplo, las unidades de bombeo en las tres estaciones fueron seleccionadas por eficiencia. El criterio de la ÒefectividadÓ no fue considerado porque las condiciones de operaci—n eran ideales (lo cual no se da en las operaciones reales de los oleoductos).

EVALUACION DE CAMBIOS

Sin embargo, la eficiencia y la efectividad deben ser las condiciones principales en cualquier proceso de selecci—n de unidades de bombeo.

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DE OLEODUCTO

SUMARIO

SECCION 1 - PERDIDA POR FRICCION EN EL OLEODUCTO ¥ La pŽrdida por fricci—n en el oleoducto es la diferencia entre la presi—n de descarga aguas abajo y la presi—n de succi—n aguas arriba en la pr—xima estaci—n de bombeo. La cantidad de pŽrdida por fricci—n (pŽrdida de energ’a) entre las estaciones depende de la tasa de flujo, la dimensi—n de la tuber’a y las caracter’sticas del fluido. SECCION 2 - SELECCION DE LAS UNIDADES DE BOMBEO ¥ Antes de seleccionar las unidades de bombeo, t—mese un momento para analizar el llenado del oleoducto, la topograf’a, la dimensi—n de la tuber’a y los datos hist—ricos. ¥ El objetivo principal en la selecci—n de la unidad de bombeo es el de operar las bombas lo m‡s cercano posible a sus eficiencias m‡ximas. ¥ La eficiencia de la unidad de bombeo puede ser descrita al analizar la mayor presi—n producida con respecto a la energ’a consumida. Cuando la bomba esta operando en el punto de eficiencia —ptimo en la curva de la bomba, significa que est‡ operando con eficiencia. ¥ La efectividad de la Unidad de Bombeo se mide en tŽrminos del balance en el ducto: Tasa de flujo estable no mostrando condiciones de empacamiento ni drenaje y un empaque parejo a travŽs del ducto. SECCION 3 - ARRANQUE Y PARADA DE LAS UNIDADES DE BOMBEO ¥ Las unidades de bombeo deben ser seleccionadas para funcionar a largo plazo. ¥ Antes de arrancar o parar una unidad, considere las implicaciones en la estaci—n y para todo el oleoducto. SECCION 4 - APLICACION DEL MODELO PARA LA TOMA DE DECISIONES AL SELECCIONAR UNA UNIDAD DE BOMBEO ¥ El modelo para la toma de decisiones se compone de diferentes pasos: - reconozca - interprete - de prioridad - decida - implemente - haga el monitrear - evalœe

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

balance un balance en el oleoducto posee tres caracter’sticas esenciales: - una tasa simple del punto de injecci—n al punto de entregas - empacamiento uniforme a travŽs del oleoducto - un volumen apr—ximadamente igual entrando y saliendo el oleoducto. Una cuarta caracter’stica no es cr’tica para crear un estado balanceado, pero es deseable: presi—n diferencial de la estacion igual a la pŽrida por fricci—n entre esa estaci—n y la pr—xima estaci—n de bombeo agua abajo.

GLOSARIO

control la imposici—n de l’mites operacionales temporales del oleoducto. Condiciones podrian existir cuando la eficiencia y efectividad de la unidad seleccionada no puede alcanzar el Balance del Oleoducto. En este caso el control debe ser aplicado. efectividad medida en terminos de oleoductos del balance en el oleducto: tasa de flujo estable, volumen en iguales salidas de volumen, y un constante empaque en el oleoducto. (p‡g. 15) eficiencia producir lo m‡sde presi—n por la energ’a consumida. Esta toma lugar cuando las bombas se encuentran a su m‡xima punto de eficiencia en la curva de bomba. (p‡g. 14) pŽrdida por fricci—n en el oleoducto La diferencia entre la presi—n de descarga agua arriba y la presi—n de succi—n agua abajo. La cantidad de energ’a perdida entre las estaciones depende de la velocidad de flujo, el tama–o de la tuber’a, y las caracter’sticas de fluido. (p‡g. 4)

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

RESPUESTAS

REPASO 1

REPASO 2

REPASO 3

1. b

1. c

1. c

2. a

2. b

2. d

3. a

3. b

3. d

4. a

4. b

5. c

5. d

6. b 7. c

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SELECCION DE LA UNIDAD DE BOMBEO

APENDICE A Factores de conversi—n: Variable indicadas en las

Unidades Para Convertir a

Multiplicar por gráficas de los módulos

Cabeza/Elevación

Pies

Metros

0.3048

Distancia

Millas

Kilómetetros

1.609

Flujo

m3/h

Bbl/hr

6.29

Presión

psi

kPa

6.89

Presión

psi

kgf/cm2

7.042E-2

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PROGRAMA DE CAPACITACION PARA LA OPERACION DEL OLEODUCTO

MODELO PARA LA TOMA DE DECISIONES

APENDICE B

Reconozca Situación • cambio de tendencia • cambio repentino

¿activador por ruptura?

3 activadores o mas

SI

NO

SI

NO

Interprete Situación • causa conocida • problema potencial • oportunidad potencial Prioritice Situación • magnitud • proximidad • cambio

¿causa conocida?

Regla de 10 Minutos

Resuelva Problema • defina el problema • identifique causas posibles • determine causas probables • verifique causas probables

NO

• defina el problema • identifique causas posibles • determine causas probables • verifique causas probables

SI Decida Solución • defina resultado • genere acciones • escoga la mejor alternativa Implemente Solución • anticipe problemas potenciales • ensaye paso • implemente Monitorear Solución • problemas potenciales • real vs. esperada

Evalue Solución de acuerdo a: • resultado deseado • estado estable

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NO

¿requere apagado?

SI

SI

¿Causa del problema determinado en 10 min?

NO

APAGADO