Por: Ross Otto, Gerente global de ingeniería y soluciones paquetizadas en Sensia, empresa conjunta entre Rockwell Automation y Schlumberger.
Una gota de líquido o un pequeño trozo de hielo podrían afectar las operaciones de las instalaciones y tuberías de gas, con implicación de potenciales costos adicionales. La formación de hidratos o presencia de líquido puede en algunos casos obstruir tuberías, reducir el flujo del proceso y hasta dañar equipos e instalaciones.
Las tecnologías de procesamiento de gas se basan en el manejo de la envolvente de fases del fluido para operar de manera eficiente y segura. Los ingenieros de procesos se ven forzados a considerar el peor escenario operativo para implementar sus estrategias de proceso. Esto normalmente resulta en un rendimiento inferior al óptimo; y en muchos casos, genera que se use más energía de la necesaria para las condiciones de operación estándar o típicas.
Para evitar la formación de hidratos, la mayoría de los operadores inyectan productos químicos, de modo que aumentan la temperatura del gas con calentadores, reducen las temperaturas por debajo de lo necesario u operando muy por debajo de la capacidad de diseño. Los primeros tres métodos aumentan el costo operativo e indirectamente reducen el rendimiento. Y el último, reduce directamente el rendimiento. Así, la oportunidad de mejora de eficiencia se disipa.
Para hacer frente a estos desafíos, se requieren cálculos complejos y las acciones de control deben ocurrir en tiempo real. Todo esto en una era de la industria marcada por la caída de los presupuestos para gastos operativos y de capital. Entonces, ¿cómo podemos hacer frente de manera eficiente a estos retos operativos?
Mayor rendimiento y confiabilidad
Históricamente, los ingenieros de procesos calculaban las simulaciones de fluidos de procesamiento usando hojas de cálculo en una computadora de escritorio y las compartían con los ingenieros de control para implementarlas. Esos cálculos ayudaban a garantizar que la planta operara en condiciones seguras, según el rango esperado de las composiciones del fluido.
Ahora, al utilizar un software inteligente de optimización de rendimiento, esa capacidad de simulación puede convertirse en una actividad del sistema de control en tiempo real para ayudar a prevenir problemas de confiabilidad y aumentar el rendimiento. Por lo tanto, a medida que cambia la composición del fluido que se procesa, la estrategia de control se puede adaptar a ese cambio.
Cómo funciona la optimización de rendimiento
La aplicación de software se comunica con el controlador que ejecuta la lógica de proceso para entregar el punto óptimo de operación para el procesamiento del fluido, basado en la física o composición de este. Así, se evitan alteraciones del proceso y se resuelven los problemas causados por no operar la fase de manera adecuada y/o por la formación de hidratos o partículas de hielo.
El resultado es una solución de control de sintonización automatizada que permite a los ingenieros de operaciones controlar el proceso de manera fácil y confiable para optimizar las operaciones en función de las condiciones y la composición del fluido en tiempo real. Esto puede reducir considerablemente los costos de energía en una variedad de aplicaciones, que incluyen:
- Evitar la formación de hidratos en las tuberías a medida que el petróleo y el gas salen del suelo.
- Garantizar que no se formen líquidos en las tuberías a medida que el producto fluye hacia su destino de consumo.
- Monitorear la temperatura en unidades de recuperación de azufre
Otro escenario de uso es una unidad de recuperación de azufre en la que el sulfuro de hidrógeno se convierte en azufre elemental mediante el proceso Claus. La temperatura del horno en la unidad de recuperación de azufre es crítica para un funcionamiento adecuado y continuo, pero es difícil de medir debido a las altas temperaturas que, en consecuencia, también destruyen rápidamente los termopares. Esta solución de optimización puede determinar la temperatura en función de la composición y el caudal de las entradas al horno.
El software puede hacer ajustes automáticamente o alertar a un operador a través de una interfaz de usuario que muestra la Envolvente de Fases y la Curva de Hidratos para hacer ajustes.
Resultados del mundo real
Al obtener información en tiempo real de la envolvente de fases, los productores pueden:
- Aumentar el rendimiento - al comprender dónde está operando el proceso en relación con la envolvente de fases y la curva de hidratos, los procesos pueden ajustarse para incrementar la cantidad de producto entregado.
- Incrementar la confiabilidad - al comprender la envolvente de fases y la curva de hidratos, las instalaciones pueden evitar la operación de fase mixta y los hidratos, lo que conduce a una operación estable y con menos desgaste de los equipos.
- Reducir el uso de energía - al comprender las temperaturas de los hidratos y la envolvente de fases, se puede optimizar el uso del calentador, la refrigeración y la compresión, lo que reduce el uso de energía.
- Disminuir las emisiones - al comprender los estados del proceso, se obtiene una instalación más estable, se reducen las emisiones generadas durante las inestabilidades y se proporcionan los insumos para la optimización de emisiones mínimas.
Podemos ilustrar lo presentado anteriormente con un ejemplo real. En una empresa transportadora que envía propano a través de una tubería de gas natural en Norteamérica, originalmente, hicieron cálculos conservadores en la temperatura más baja del gas en aproximadamente 20°F. Esto les “ayudaba” a estimar cuánto propano se podía inyectar al gas natural antes de que se formara líquido y se acumulara en los puntos bajos de las tuberías. Sin embargo, las temperaturas rara vez bajaban tanto y se perdía la oportunidad de un mayor rendimiento del sistema.
Desde la implementación del software inteligente, para simulación en el controlador, la empresa puede utilizar constantes físicas basadas en la composición en tiempo real y establecer automáticamente el límite de inyección de propano teniendo en cuenta la temperatura. Como resultado, el productor puede enviar aproximadamente un 20 % más de propano, durante aproximadamente el 90% de su operación al año.
En otro caso, los operadores de estas instalaciones hicieron funcionar los calentadores las 24 horas del día para evitar que se formen hidratos en sus tuberías de gas natural. Sin embargo, el software de simulación identificó los puntos óptimos de operación, y permitió reducir el uso de calentadores del 100% del tiempo a solo el 5% y ahorrar más de US$1 millón al año en costos de combustible.
Mediante el uso de soluciones de control de sintonización automatizadas en tiempo real, se puede controlar de manera más efectiva el procesamiento de fluidos, al tiempo que mitigan riesgos para los procesos, los equipos y el personal. Como resultado, los productores, transportadores y operadores de gas pueden maximizar el uso de la capacidad y mantener mejor la seguridad operativa y los costos totales.
