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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE GAS
FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA PARA EL SUMINISTRO DE GAS DESDE EL SISTEMA DE TRANSPORTE DE
INTERCONEXIÓN CENTRO OCCIDENTE HASTA LA PLANTA
ELÉCTRICA CADAFE CORO.
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de:
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE GAS
Autor: Ing. Carolina Steinkopf Borges
Tutor: Ing. Jorge Barrientos
Maracaibo, Noviembre de 2012
Steinkopf Borges, Carolina. Factibilidad Técnico-Económica para el
suministro de gas desde el Sistema de Transporte Gasoducto de Interconexión Centro Occidente hasta la planta eléctrica Cadafe
Coro (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 150 p.
RESUMEN
Debido al déficit de energía eléctrica que presentó el país a principios del año 2010, la Corporación Eléctrica Nacional detectó la necesidad de
crear proyectos de expansión de generación termoeléctrica, los cuales se vienen ejecutando actualmente en todo el ámbito nacional. La Planta
Eléctrica Cadafe Coro contempla entre sus proyectos la instalación de
dos (02) máquinas generadoras de energía eléctrica con la finalidad de incrementar en 40 MW más la capacidad nominal de generación, y así;
alcanzar un total de 114 MW de capacidad nominal. Estos nuevos equipos, en conjunto con los ya existentes demandan un consumo
total de gas (como combustible) de 27 MMPCED, para poder mantenerse en operación. Debido a que actualmente el combustible que se emplea
en la Planta para la generación de energía eléctrica es Diesel, surgió la necesidad de realizar un estudio de factibilidad técnico-económica de la
propuesta de realizar una interconexión desde el Sistema de Transporte de Interconexión Centro - Occidente (ICO) hasta la planta, para lo cual,
se evaluó el comportamiento del gas bajo diversos escenarios de operación y se identificaron, seleccionaron y diseñaron los equipos y
tuberías necesarios para su acondicionamiento. Resultando factible desde el punto de vista técnico y económico, la propuesta de instalar
una estación de regulación primaria, una estación de medición y
regulación, una tubería de interconexión entre ellas y tuberías de interconexión con las infraestructuras existentes. Para las cuales, se
realizaron el diseño y las recomendaciones de los equipos (filtros, válvulas de control, separadores y acumuladores) que deben
conformarlas.
Palabras Clave: Estación de gas, medición, regulación, factibilidad técnico-económica.
E-mail: [email protected]
Steinkopf Borges, Carolina. Technical and economic feasibility for
the supply of gas from el Sistema de Transporte Gasoducto de Interconexión Centro Occidente to The Power Plant Cadafe Coro.
(2012).Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 150 p.
ABSTRACT
Due to the shortage of electric power that presented the country in early 2010, the National Electricity Corporation identified the need for
expansion projects of thermal generation, which is currently being implemented throughout the national level. The Power Plant Cadafe
Coro includes among its projects the installation of two (02) electricity
generating machines in order to increase by 40 MW nominal generating capacity, and thus, a total of 114 MW of nominal capacity. These new
devices, along with the existing demand a total gas consumption (as fuel) of 27 MMSCFD, in order to remain in operation. Because now the
fuel used in the plant for electricity generation is Diesel, a need for a study of technical and economic feasibility of the proposal for an
interconnection from el Sistema de Transporte Gasoducto de Interconexión Centro Occidente to the plant, which was evaluated gas
behavior under various operating scenarios and identified, selected and designed piping and equipment necessary for conditioning. Resulting
feasible from a technical and economic proposal to install a primary control station, a measuring and regulating station, interconnecting
piping and piping including interconnection with existing infrastructure. To which, we present the design and the recommendations of the
equipment (filter, control valve, separator and acumulator) must
conform.
Key words: Gas station, metering and control, technical and economic
feasibility.
E-mail: [email protected]
DEDICATORIA
A Dios por guiarme en mi camino
A la memoria de mi padre por haber sido un ejemplo en mi vida,
siempre estará presente en mi corazón.
A mi madre Nora, por su apoyo, comprensión, amor, cariño y entrega. Gracias a ella soy lo que soy y he podido alcanzar esta gran meta en mi
vida.
A mis hermanos Claudia y Juan Carlos por apoyarme y ayudarme en todo momento.
A mi esposo Wilger, por su apoyo, comprensión y simplemente por amarme mucho.
A mi hijo Daniel, por ser la motivación para luchar y lograr ser cada día
mejor.
A mis tías por quererme y estar ahí siempre.
A mis amigos por brindarme su amistad y compartir junto a mis gratos momentos.
TABLA DE CONTENIDO
1
Página
RESUMEN…………………………………………………………………………………. 3
ABSTRACT……..……………………………………………………………………….. 4
DEDICATORIA……..……………………………………………………………….…. 5
TABLA DE CONTENIDO….………………………………………………………… 6
LISTA DE FIGURAS…………………………………………………………………. 9
LISTA DE TABLAS……………………………………………………………………. 11
INTRODUCCION……………………………………………………………………… 13
CAPITULO
I EL PROBLEMA……………………………………………………………. 15
1.1 Planteamiento del problema………………….………….. 15
1.2 Formulación del problema……………………………….… 18
1.3 Objetivos de la investigación………….…………………. 18
1.3.1 General.……………………………………………………. 18
1.3.2 Específicos……………………………………………….. 18
1.4 Justificación……………………………………………………….. 19
1.5 Delimitación del problema…………………………………. 20
II MARCO TEÓRICO………………………………………………………. 21
2.1 Antecedentes………………………….………………………….. 21
2.2 Fundamentos teóricos………………………………………… 23
2.2.1 Estación de Medición y Regulación………….. 23
2.2.1.1 Elementos que conforman una
Estación de medición y regulación……
25
2.2.1.2 Diseño de Estaciones de medición y
Regulación…………………………………………. 26
2.2.2 Proceso de Filtración……………………………….. 32
2.2.2.1 Criterios de selección de equipos de
filtración……………………………………………. 33
2.2.3 Separadores……………………………………………. 35
2.2.3.1 Clasificación y descripción de los
separadores…………………………………….. 37
2.2.3.2 Parámetros que intervienen en el
diseño………………………………………………..
42
2.2.4 Medidores de Flujo……….…………………………. 46
2.2.4.1 Tipos de medidores de flujo.……………… 46
2.2.4.2 Factores para la selección del tipo de
medidor de fluido……………………………….
56
2.2.5 Válvulas de control…………...…………..………. 58
2.2.5.1 Partes de la válvula de control…………. 59
2.2.5.2 Tipos de válvulas……………….………………. 60
2.2.6 Planta Termoeléctrica……….…………………….. 65
2.2.6.1 Tipos de plantas termoeléctricas……… 66
2.2.6.2 Plantas de Generación Eléctrica en
Venezuela………………………………………….
68
2.2.6.3 Planta Termoeléctrica Cadafe-Coro…… 69
2.2.7 Sistema de Interconexión Centro
Occidente (ICO)…………………………………………
71
2.2.8 Evaluación económica de un proyecto……. 74
2.2.8.1 Indicadores Económicos……………………. 75
2.2.8.2 Sistema de Evaluaciones Económicas
(SEEPLUS)……………………………………………
77
III MARCO METODOLOGICO………………………………………….. 78
3.1 Tipo de Investigación…………………………………………. 78
3.2 Diseño de la Investigación…………………….…………… 79
3.3 Población y Muestra……………………………………………. 80
3.4 Técnicas para la recolección de la información…. 81
3.4.1 Fuentes primarias…………………………………….. 82
3.4.2 Fuentes secundaria…………………………………… 82
3.5 Procedimiento de la Investigación..…………………… 83
IV ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS………………. 100
4.1 Describir las características técnicas y
operacionales de la Planta Eléctrica Cadafe –
Coro…………………………………………………………………….
100
4.2 Describir las características técnicas y
operacionales del Sistema de Transporte
Gasoducto de Interconexión Centro Occidente…
101
4.3 Desarrollar una propuesta de interconexión
para el suministro de gas desde el Gasoducto
de Interconexión Centro Occidente (ICO) hasta
la Planta Eléctrica Cadafe Coro…………………………
102
4.4 Determinar la factibilidad técnico-económica de
la instalación de la propuesta descrita……………..
141
CONCLUSIONES……………………………………………………………………… 145
RECOMENDACIONES………………………………………………………………. 147
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………. 148
ANEXOS…………………………………………………………………………………… 150
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Esquema típico de una estación de medición y
regulación……………………………………………………………………….. 27
2 Esquemático de Filtro...…………………………………………………. 35
3 Secciones de un Separador………………………………………….… 38
4 Separador Vertical.……………………………………………….……….. 40
5 Separador Horizontal…………………………………………………………. 42
6 Medidores Volumétricos…………………………………………………. 48
7 Medidores volumétricos y másicos………….…………………….. 49
8 Placa Orificio…………………………………………………………………… 51
9 Tipos de Placas Orificio………………………………………..………… 52
10 Medidor Turbina……………….…………………….……………………… 59
11 Medidor de flujo Ultrasónico..………………………………………… 62
12 Coriolis..……………………………………….………………………………… 65
13 Actuador de una válvula de control..……………………………… 70
14 Válvula de compuerta………………….………………………………… 71
15 Válvula de globo……………………………………………………………… 72
16 Válvula de bola………………………………….…………………………… 73
17 Válvula de mariposa.……………………………………….……………. 74
18 Planta Termoeléctrica de ciclo convencional…………………… 76
19 Planta Termoeléctrica de ciclo combinado…………………….. 78
20 Gasoducto de Interconexión Centro Occidente…………….. 108
21 Estación Morón………………………………………………………………. 109
22 Estación Quero……………………………………………………………………… 109
23 Características Técnicas y operacionales Cadafe Coro….
24 Vista satelital facilidad de interconexión -T de Coro…….. 114
25 Ubicación Estación de Regulación Primaria (ERP)………… 115
26 Ramal de tubería de Interconexión………………………………. 115
27 Ubicación estación de medición y regulación………………… 116
28 Diseño de Filtro ERP y EMR………………………………………..…….. 131
29 Esquemático Separador Vertical……………………………………. 135
30 Válvula de Control ERP…………………………………………………… 141
31 Válvula de Control EMR…………………………………………………. 141
32 Diámetro del Orificio………………………………………………………. 145
33 Caída de Presión a Flujo de Operación Normal……………… 146
34 Estación de Regulación Primaria (ERP)…………………………. 148
35 Estación de Medición y Regulación (EMR)…………………….. 150
36 VPN vs Desviación de las variables……………………………….. 152
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
1 Comparación Medidores de Flujo…………………………………… 68
2 Escenarios de Operación de Calidad del Gas………………… 90
3 Escala de Pesos…………………………………………………….......... 93
4 Escala de Puntuaciones …………………………………………………. 94
5 Flujos a manejar por filtros de la Serie F……………………… 95
6 Filtro Estilo 1-Cierre y apertura rápida…………………………. 96
7 Filtro Estilo 2-Brida ciega con terminal elevado……………. 96
8 Filtro Estilo 3-Brida ciega con agarre elevado…..………… 97
9 Filtro Estilo 4-Brida ciega con agarre hidráulico…………. 97
10 Tipos de Separadores…………………………………………………….. 98
11 Ecuaciones Dimensionamiento de las válvulas.……………. 100
12 Constantes numéricas para ecuaciones de flujo de gas
y vapor……………………………………………………………………………. 100
13 Valores típicos para Cv, Xc y Fl para válvulas………………. 101
14 Composición del Gas………………………………………………………. 111
15 ERP - Velocidades escenarios 1,3 y 5……………………………. 118
16 ERP- Velocidades escenarios 7,9 y 11…………………………… 118
17 ERP-Velocidades escenarios 2,4 y 6……………………………… 118
18 ERP-Velocidades escenarios 8,10 y 12…………………………. 119
19 Interconexión-Velocidades escenarios 1,3 y 5…………….. 119
20 Interconexión- Velocidades escenarios 7,9 y 11…………… 120
21 Interconexión- Velocidades escenarios 2,4 y 6……………. 120
22 Interconexión-Velocidades escenarios 8,10 y 12…………. 120
23 EMR- Velocidades escenarios 1,3 y 5……………………………. 121
24 EMR- Velocidades escenarios 2,4y 6……………………………… 121
25 EMR- Velocidades escenarios 7,9 y 11………………………….. 122
26 EMR- Velocidades escenarios 8,10 y 12………………………… 122
27 Formación de Líquidos e Hidratos…………………………………. 126
28 Matriz de evaluación Sistema de calentamiento vs
Inhibición………………………………………………………………………… 127
29 Modelos de Filtros…………………………………………………………… 130
30 Dimensiones Separador Vertical……………………………………. 134
31 Diseño de la válvula de control de la ERP……………………… 139
32 Diseño de la válvula de control de la EMR……………………. 140
33 Ventajas y Desventajas-Medidores de flujo de gas………. 143
34 Matriz de Evaluación de Opciones 1, 2, 3……………………… 143
35 Matriz de Evaluación de Opciones 4, 5, 6……………………… 144
36 Características del medidor tipo placa orificio
seleccionado……………………………………………………………………. 146
37 Estimado de costos de la propuesta……………………………… 151
38 Indicadores Económicos…………………………………………………. 151
INTRODUCCIÓN
El gas natural recorre un largo camino hasta que llega a los
consumidores. Desde sus puntos de origen, esta fuente de energía es
conducida a través de redes de tuberías para que se pueda emplear en
nuestros hogares, industria y establecimientos comerciales. En este
largo proceso las estaciones de medición y regulación cumplen un papel
fundamental, reduciendo y acondicionando la presión del gas desde las
redes de transporte hasta el consumidor final.
Por las diferentes actividades industriales que efectúa PDVSA GAS,
existen actualmente numerosas instalaciones cuya función es filtrar el
gas y reducir y estabilizar su presión, manteniéndola constante dentro
de unos limites predeterminados, independientemente de la presión de
entrada y de los caudales circulantes.
Entre las actividades industriales que actualmente demandan gas, se
encuentra las actividades de generación eléctrica, las cuales han
incrementado su consumo en un 15 por ciento en los últimos años.
Aunado a esto, en base a la crisis eléctrica que ha presentado el país en
los últimos años, existen proyectos que plantean incrementar la
generación eléctrica en el país en casi un 50 por ciento entre 2011 y
2012, lo que representa unos ocho mil 490 megavatios (MW) que
producirá el sistema eléctrico nacional.
Por esta razón, esta investigación plantea realizar un estudio de
factibilidad técnico-económica de la propuesta de realizar una
interconexión que permita el suministro de gas metano desde el Sistema
de Transporte Gasoducto Interconexión Centro - Occidente (ICO) hasta
la planta eléctrica Cadafe-Coro, para cubrir los requerimientos de los
nuevos equipos a ser instalados y a su vez pueda servir de respaldo
como combustible a las maquinarias existentes.
El presente trabajo de grado, se presenta estructurado en cuatro
capítulos de la siguiente manera:
Capítulo I: Se describe el planteamiento y la formulación del
problema, los objetivos, la justificación y delimitación de la
investigación.
Capítulo II: En el Marco teórico, se definen los términos
técnicos relacionados con las estaciones de medición y
regulación del gas natural. Así como, de los medidores de
flujo y separadores liquido-vapor.
Capítulo III: En el Marco metodológico, se desglosa el tipo y
diseño de investigación empleada, técnicas para la
recolección de la información y el procedimiento a seguir para
el logro de cada uno de los objetivos.
Capítulo IV, se detalla el Análisis e Interpretación de los
resultados obtenidos de la comparación técnico-económica de
las tecnologías propuestas, para luego efectuar las
correspondientes conclusiones y recomendaciones.
CAPITULO I
EL PROBLEMA
2.1 Planteamiento del problema
La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase
de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en
energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones
denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las
transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del
sistema de suministro eléctrico.
En general los sistemas de generación se diferencian por el periodo del
ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de
base la nuclear y la eólica, la termoeléctrica de combustibles fósiles, y
de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la
hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).
Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales
generadoras se clasifican en termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas,
nucleares y solares termoeléctricas), hidroeléctricas (aprovechando las
corrientes de los ríos o del mar: mareomotrices), eólicas y solares
fotovoltaicas. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel
mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñados.
Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el
elemento generador, constituido por un alternador, movido mediante
una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria
utilizada.
El parque de generación del Sistema Eléctrico Nacional, asciende a unos
24.000 megavatios de capacidad instalada y está conformado por un
significativo número de infraestructuras, localizadas en su mayoría, en
la región de Guayana, donde funcionan los complejos hidroeléctricos
más grandes del país. Éstos ofrecen más del 62% del potencial eléctrico
que llega a hogares e industrias de toda la Nación.
Otro 35% de la generación de electricidad proviene de plantas
termoeléctricas, y casi un 3% corresponde al sistema de generación
distribuida, conformada por grupos electrógenos.
Las obras acometidas el año pasado incrementaron la capacidad de
generación en el país de más de 2.116 megavatios. Para los próximos
años se prevé poner en marcha una serie de obras que incremente la
capacidad de generación eléctrica de las plantas existentes.
Entre las Plantas que tienen previsto un incremento en su capacidad de
generación se encuentra la Planta Eléctrica Cadafe Coro, la cual está
constituida por un parque generador eléctrico que consta de seis (06)
equipos turbogeneradores con sistema dual de combustible (gas –
líquido), dos (02) de estos equipos se encuentra fuera de servicio y se
tiene previsto que para mediados del año 2011 sean sustituidos por
otros nuevos equipos. Actualmente, estas máquinas operan con
combustible líquido (Diesel), ascendiendo este consumo líquido a
470.820 litros por día.
La Planta Eléctrica cuenta con: tres (03) equipos con una capacidad
nominal de 15 MW y uno (01) con una capacidad nominal de 20 MW.
Estos equipos en conjunto tienen una capacidad nominal de 65 MW,
pero realmente la generación eléctrica operativa es de 54 MW.
Adicionalmente, cuentan en sus instalaciones con ocho (08) Unidades de
Generación MTU de menor envergadura, de las cuales tres (03) se
encuentran fuera de servicio, estas máquinas disponen únicamente de
un solo sistema de combustible (líquido) y cuentan con una capacidad
nominal de 1,8 MW y una capacidad operativa de 1,2 MW cada una. Con
la incorporación de las Unidades de Generación MTU, la capacidad
nominal total de generación de la Planta es de 74 MW, mientras que la
capacidad operativa es de 60 MW.
Debido al déficit de energía eléctrica que presentó el país a principios del
año 2010 la Corporación Eléctrica Nacional detectó la necesidad de crear
proyectos de expansión de generación termoeléctrica, los cuales se
vienen ejecutando actualmente en todo el ámbito nacional, para lograr
este objetivo, las plantas eléctricas deben disponer de combustible para
colocar en operación estas máquinas una vez instaladas, con el firme
propósito de garantizar la calidad y continuidad de servicio eléctrico ,
por otra parte garantizar la debida preservación de los niveles de
almacenamiento del embalse El Guri, bastante disminuidos por la
sequía que sufrió el país en el reciente año 2010.
La Planta Eléctrica Cadafe Coro contempla la instalación adicional de dos
(02) máquinas generadoras de energía eléctrica con la finalidad de
incrementar 36 MW más la capacidad operativa de generación y en 40
MW más la capacidad nominal de generación, y así; alcanzar un total de
96 MW de capacidad operativa y 114 MW de capacidad nominal. Estos
nuevos equipos demandan un consumo de gas metano (como
combustible) de 4,5 MMPCED cada una, lo que implica un requerimiento
de consumo total de 9 MMPCED de gas en esta Planta Eléctrica, para
poder mantenerse en operación. Bajo este esquema operacional de
combustible en los nuevos equipos, se podrá ahorrar un uso de
combustible líquido (Diesel), de aproximadamente, 470.000 litros por
día.
Debido a que actualmente el combustible que se emplea en la Planta
Eléctrica Cadafe Coro para la generación de energía eléctrica es Diesel,
surge la necesidad de realizar un estudio de factibilidad técnico-
económica de la propuesta de realizar una interconexión desde el
Sistema de Transporte Gasoducto Interconexión Centro - Occidente
(ICO) que permita el suministro de gas metano a esta planta eléctrica,
para cubrir los requerimientos de los nuevos equipos a ser instalados y a
su vez pueda servir de respaldo como combustible a las maquinarias
existentes.
2.2 Formulación del problema
¿Qué factibilidad técnico-económica, tiene realizar una interconexión
desde el Sistema de Transporte Gasoducto Interconexión Centro -
Occidente (ICO) hasta la planta eléctrica CADAFE CORO, que permita
garantizar el suministro de gas metano a los nuevos equipos de
generación eléctrica y a su vez pueda servir de respaldo como
combustible a las maquinarias existentes?
2.3 Objetivos de la investigación
2.3.1 General
Desarrollar un estudio de factibilidad técnico-económica para el
suministro de gas desde el Sistema de Transporte Gasoducto de
Interconexión Centro Occidente (ICO) hasta la Planta Eléctrica Cadafe
Coro.
2.3.2 Específicos
Describir las características técnicas y operacionales de la Planta
Eléctrica Cadafe-Coro.
Describir las características técnicas y operacionales del Sistema
de Transporte Gasoducto de Interconexión Centro Occidente
(ICO).
Desarrollar una propuesta de interconexión para el suministro
de gas desde el Gasoducto de Interconexión Centro Occidente
(ICO) hasta la Planta Eléctrica Cadafe Coro.
Determinar la factibilidad técnico-económica de la instalación de
la propuesta descrita.
2.4 Justificación
Actualmente la Planta Eléctrica Cadafe Coro, no cuenta con facilidades
para el suministro de gas metano para cubrir los requerimientos de gas
combustible de los dos nuevos equipos a instalar, ni de un sistema de
respaldo en caso de falla del suministro de su combustible principal
(diesel), por lo cual se hace necesario realizar un estudio de factibilidad
técnico-económica de una propuesta de interconexión que permita el
suministro de gas desde el Sistema de Transporte Gasoducto
Interconexión Centro - Occidente (ICO) hasta la Planta a las condiciones
requeridas por los generadores de energía eléctrica.
Al garantizar el suministro de gas a la planta, se incrementa la
capacidad de generación eléctrica para el suministro a la población.
Respecto a la importancia para La Universidad del Zulia, la misma
contará con material teórico relacionado con los modelos actuales de
estaciones de medición y regulación empleadas para el transporte y
distribución del gas natural en la industria petrolera, en el cual se
podrán basar otros estudiantes para futuras investigaciones.
2.5 Delimitación del problema
Este trabajo de investigación se ejecutara en las áreas comprendidas
entre la Planta CADAFE-CORO y el gasoducto de Interconexión Centro
Occidente (ICO), en la ciudad de Coro, Estado Falcón, durante el año
2012.
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Una vez establecidos los objetivos de la investigación, es necesario
describir los elementos teóricos que fundamentan el proceso de
conocimiento y que serán directamente utilizados en el desarrollo de
este trabajo.
4.1 Antecedentes
En la actualidad se han publicado numerosos artículos e investigaciones
relacionadas con el tema, dentro de las publicaciones más destacadas se
puede citar:
Ricardo Javier Zapata Jaramillo (2007) “Propuesta de un control de
presión para la estación de regulación de gas Belén de Empresas
Publicas de Medellín ( ESP)”, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellin,
realizó un estudio técnico y desarrollo una propuesta de control
automático en la estación de regulación Belén de empresas publicas de
Medellín ESP, en el cual considero el perfil de carga para minimizar la
presión de distribución, en la redes, arterias y anillos sin exceder los
limites de distribución establecidos por empresas publicas de Medellín
ESP para los puntos mas alejados de redes de distribución.
Yuan Xianzhong Chuanyu (2011) “Medición y diseño de una estación de
regulación de presión de gas”, Departamento de Proyectos de Gas
Natural de Sichuan-to- East Pipeline, Sinope Dazhou Sichuan, plantea en
base a las características del gasoducto Sichuan-Este de gran diámetro,
de alta presión y de larga distancia, la selección del tipo de dispositivo
de medición y la solución del proceso de regulación de presión y control
/ ajuste del caudal de gas. Con base al análisis y comparación de las
soluciones y la combinación de varios procesos de regulación de presión,
se determino un modelo de control de 3 niveles de ajuste de caudal de
agua. Los 3 niveles de solución de control es el siguiente: (1) el control
de la presión de salida se rige con presión de trabajo válvulas de
regulación, si la SSV y la válvula de control de presión de regulación se
encuentran en posición de abiertos, (2) para mantener la presión aguas
abajo, la válvula de control de presión de regulación comenzará a
funcionar si la presión de trabajo de la válvula reguladora se excede en
el caso de mal funcionamiento y (3) la válvula SSV suspenderá la fuente
de gas si la válvula de control de presión de regulación se encuentra en
mal funcionamiento, y mientras tanto, el controlador pondrá en marcha
el ciclo de de seguridad con el fin de garantizar la integridad de las
tuberías aguas abajo y los equipo. La propuesta anterior, es factible
para el suministro de gas a usuarios importantes a alta presión y
caudal, es seguro y eficaz.
Quine; Thomas G y Col, (2001) “Portable, pre-manufactured, modular
natural gas delivery stations”, Northstar Industries, Inc., establece
estaciones de suministro de gas natural pre-fabricadas las cuales se
presentan al cliente incluyendo filtros, medidores de flujo, controles,
sistema de pre-calentamiento en la cual la presión se reduce y se
odoriza. El diseño es pre-aprobado por los usuarios finales y los
organismos reguladores. La configuración final es soldada, montada,
cableada, pintada, etiquetada, y la prueba se realiza en una fábrica y
luego se envían a un sitio de instalación de acuerdo con las necesidades
del cliente. La estación se coloca en servicio y se deben capacitar los
operadores. En las estaciones de suministro de gas natural pre-
fabricadas puede incluir un gas de alta presión con una sección de
medición y regulación que puede ser selectiva, al igual que otras
secciones modulares prefabricadas o módulos. Preferiblemente, los otros
módulos prefabricados incluyen una sección de olor, una sección de
calefacción, una sección de generación de energía y un control eléctrico
y cuarto de comunicaciones. El equipo y los sistemas de control para
cada estación están preinstalado y se fija a la estructura en cada uno de
los diferentes módulos en el sitio de fabricación. La sección de
generación de energía y cuarto de control eléctrico permite que la
estación de medición de gas pueda ser operado por energía eléctrica de
una línea de servicio local o de un generador interno que es alimentado
por el gas que se mide.
4.2 Fundamentos teóricos
4.2.1 Estación de Medición y Regulación
El gas natural que se suministra a la turbina ha de tener unas
condiciones muy determinadas. Debe tener una presión en un rango
concreto, debe llegar a una temperatura correcta y el grado de limpieza
debe estar controlado. Además, la composición química del gas natural
tiene que estar controlada. Por último, debe conocerse la cantidad de
gas que se consume y su poder calorífico, a efectos de facturación del
combustible consumido. La estación de medición y regulación (ERM)
tiene como función regular la presión del suministro de gas a la turbina
para mantener siempre una presión constante y medir la cantidad
suministrada a la instalación. Ver Figura 1.
Las principales funciones de la estación de gas son:
Que el gas que se reciba en la turbina tenga una presión
constante y dentro de ciertos rangos definidos, ya que la
presión del gas suministrado a la ERM puede variar
dependiendo de la presión del gasoducto que lo alimente.
Que la temperatura sea la adecuada, para evitar la formación
de hidratos y condensación de hidrocarburos o agua.
Que el gas se reciba limpio, sin partículas que puedan
ocasionar problemas.
Medir el caudal y la composición del gas.
Figura 1. Esquema típico de una estación de medición y regulación
Fuente: OPEX Energy (2012)
4.2.1.1 Elementos que conforman una Estación de Medición y
Regulación
Una estación de regulación y medida está compuesta principalmente por
los siguientes equipos:
Filtros: permiten limpiar el gas de las posibles impurezas sólidas
que pudiese arrastrar consigo. Pueden ser de varios tipos:
cartucho, ciclónicos, etc. Además de estos filtros, se colocan
otros antes de la turbina para lograr un filtrado más fino,
intentando que no pase ningún tipo de impureza.
Válvulas reductoras de presión: si el gas posee una presión
superior a la requerida por las turbinas, esta debe ser ajustada
a través de válvulas reductoras de hasta la presión necesaria.
Compresor para el aumento de presión: si por el contrario el gas
de la línea de suministro tiene una presión inferior a la
necesaria, será necesario comprimirlo. Es posible que subsistan
los dos sistemas (compresión y expansión) en la misma ERM, ya
que la presión del gas puede fluctuar.
Sistema de precalentamiento: para elevar el punto de rocío,
debe disponerse de un sistema de calefacción para evitar la
formación de hidratos. Se debe tener en cuenta que ante una
expansión, el gas pierde temperatura. Si como efecto de una
expansión la temperatura bajara por debajo del punto de rocío,
el agua contenida podría congelarse, provocando la formación
de hielo, cosa que no interesa ya que serían como proyectiles,
sobre todo en la turbina de gas. El gas se calienta sólo
ligeramente, hasta alcanzar los 15 o 20 grados.
Sistema de calentamiento para la inyección del gas a turbina:
antes de entrar en la turbina, y para una correcta combustión,
el gas se calienta nuevamente, ya ajustado en presión, y puede
alcanzar temperaturas de entre 25 y 140 ºC en la entrada. Para
este calentamiento suele tomarse vapor del ciclo, utilizando
intercambiadores, también pueden utilizarse calentadores
eléctricos.
Medidores de flujo: la compañía suministradora del gas necesita,
para facturar, que se instalen medidores de flujo para saber el
caudal de gas consumido.
4.2.1.2 Diseño de estaciones de medición y regulación
Característica del gas
Para diseñar una estación de medición y regulación lo primero que se
requiere conocer es las características y propiedades del gas natural a
manejar. Todas estas propiedades básicas influirán en la selección de los
equipos que formaran parte de las estaciones.
Si bien estas características son importantes, no son suficientes para
diseñar correctamente una estación. El conocimiento de los
requerimientos del consumidor final es también primordial para el
diseño.
Hidrocarburos pesados y otras impurezas
El gas natural presenta usualmente hidrocarburos más pesados que el
metano tales como propano, butano, y pentanos. Estos hidrocarburos
pueden causar problemas en una estación, pasando a estado líquido y
causando daños en los asientos de las válvulas, medidores y en los
alabes de las turbinas del consumidor final. Si no es económico eliminar
los líquidos por el proceso de gas a través de la instalación de equipos,
las estaciones se pueden proteger por medio de la instalación de
separadores.
El gas natural a menudo arrastra arena de formación, escorias de
soldadura, escaras de tubería, y otros sólidos que pueden causar
daños al equipo. Estos pueden ser manejados con filtros tipo cesta de
tamaño adecuado o filtros del tipo cartucho.
El vapor de agua es también una impureza común que puede causar
daños a las válvulas reguladoras de presión, debido a la formación de
hidratos, originando la pérdida del control, afectación en la
capacidad de flujo y corrosión interna. El vapor de agua puede ser
controlado, por medio de la utilización de deshidratadores con glicol,
desecantes o adsorbentes, o limitando sus efectos perjudiciales, por
medio del uso de calentadores, calentadores de línea, o inyección de un
alcohol. Si se elije la inyección de un alcohol, se debe prestar atención a
los compuestos de caucho usados en la construcción de algunos equipos
debido a que se deterioran en presencia del mismo.
Finalmente, el sulfuro de hidrógeno (H2S) es un problema en algunas
áreas. Esta fuente de corrosión interna puede ser tratada por
eliminación de la corriente de gas o por la selección de los equipos
resistentes al ataque de H2S.
Aplicación del gas
La aplicación que se le va a dar al gas es muy importante en el diseño.
Los diseñadores siempre deben asegurarse de que sus diseños
satisfagan los códigos y normas.
Ubicación física
La distribución física de los equipos en la estación es muy importante.
Se debe determinar un arreglo de espacio o entorno identificando las
limitaciones y peligros potenciales, riesgos potenciales en la seguridad
como vehículo o tráfico de equipos pesados, vándalos, inundaciones, o
los peligros que puedan surgir de descarga de gas a la atmósfera.
Velocidad y Ruido
Aunque es menos peligroso, el ruido puede causar daños y reducir la
satisfacción del cliente y por lo tanto los diseñadores deben preocuparse
en este parámetro.
Las altas velocidades están asociadas con caídas de presión y
vibraciones que pueden causar agrietamiento y la falla de otros equipos.
El ruido es directamente proporcional a la velocidad de flujo, que se
estima por:
V = (0,75 x Q) / (d2 x P) Ec (1)
Donde,
V = velocidad, (pie/seg),
Q = caudal, scf / h,
d = Diámetro interno de la tubería, pulgadas,
P = presión absoluta (psia).
Para el control del ruido, la American Gas Association (AGA) indica las
velocidades máximas de 50 fps en los cabezales, 200 fps en la tubería
sobre el suelo, y 400 fps en tuberías subterráneas. Como lo indica la
fórmula, una de las maneras más fáciles para disminuir la velocidad es
aumentar el diámetro de la tubería, a menudo mediante el uso de una
expansión cónica. Aunque la reducción de la velocidad del gas es la
forma preferida de la reducción del ruido, hay otras opciones
disponibles.
Variables de Operación
El diseñador debe tomar en cuenta los máximos y mínimos flujos que
manejara la estación en el presente, así como, las presiones mínimas y
máximas.
Se debe tomar especial atención si se tiene previsto un aumento futuro
de la capacidad.
Operación y mantenimiento
El diseñador debe tomar en consideración al seleccionar los equipos e
instrumentos que constituyan la estación, la operación y el tiempo de
respuesta de un técnico u operador en caso de que exista la posibilidad
de una falla.
Medición
La medición es muy importante en una estación de medición y
regulación debido a que en función de la cantidad registrada se
determinara la compra y venta del producto. En el diseño de un
instrumento de medición se debe prestar especial atención a la
exactitud del instrumento de medida dentro del rango de flujos y
presiones de trabajo sin que este sirva de obstáculo para la operabilidad
del sistema. Las condiciones más difíciles de cumplir son grandes rangos
de flujos y presiones.
El diseñador igualmente debe considerar el mantenimiento y operación
del equipo al momento de la selección.
En la industria del gas existen diversos tipos de medidores de flujo
recomendados: desplazamiento positivo, placa orificio, tipo turbina,
ultrasónico y Coriolis.
Regulación
Al igual que con la medición, los reguladores han de adaptarse a las
exigencias requeridas, en términos de capacidad de presión,
capacidad de flujo, características de funcionamiento, y el costo.
Un regulador consta de una restricción variable, un elemento de
detección, y un elemento de carga. La restricción variable es
comúnmente el movimiento del asiento / orificio fijo o un elemento
elastomérico ("boot") y el cuerpo fijo. El elemento de detección es
generalmente la presión controlada aguas abajo que actúa sobre una
superficie de diafragma para crear una fuerza. El elemento de carga es
la otra fuerza que se mueve para oponerse a la fuerza de detección.
Esto puede ser un peso muerto, el peso de la palanca, el resorte, o
presión de carga del elemento.
El regulador funciona cambiando la restricción hasta que la carga y la
detección de las fuerzas está en equilibrio.
Los reguladores de resortes son los más comunes. Son
relativamente simples, confiables, y económicos, con una precisión y
una capacidad adecuada para caudales de bajos a moderados.
Los reguladores pilotados, son más precisos, pero también
más complejo y costosos. Las válvulas de control de presión y los
reguladores de tipo de arranque, son en general para flujos mucho
mayores.
Comunicación
Es fundamental una buena relación entre el operador de campo y el
diseñador.
El operador debe indicar al diseñar con precisión las condiciones de
operación, los parámetros de diseño y las preferencias de equipos.
El diseñador debe presentar el diseño final y cualquier otra
información útil al personal que va a construir, operar y mantener la
estación.
También es útil para el diseñador visitar el sitio antes, durante (si es
posible) y después de la construcción para obtener información sobre
los logros y deficiencias del diseño y su ejecución.
Los Dibujos mecánicos, especialmente en los que se realizan a través de
computadoras (CAD), son muy comunes y útiles para
transmitir el diseño. También proporcionan un punto de partida para
hacer cambios en el campo.
4.2.2 Proceso de Filtración
Se denomina filtración al proceso de separación de sólidos en
suspensión en un líquido o gas mediante un medio poroso, que retiene
los sólidos y permite el pasaje del líquido o el gas.
Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas,
encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la
vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente
importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas
químicas.
La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las
variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y
las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos
dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de
filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas
complejos de elevada automatización como los empleados en las
industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de
catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua
potable destinada al suministro urbano.
Los filtros de las estaciones de medición y regulación se colocan antes
de las válvulas de regulación para eliminar cualquier impureza que
pueda causar daños en estos dispositivos. Estos equipos son siempre
cilindros con el elemento filtrante en forma de cartucho. El cuerpo
exterior del filtro está formado por un cilindro de acero, provisto de las
tuberías de entrada y salida del gas, de una tapa o registro que permita
sacar el cartucho filtrante fuera del mismo para su limpieza y de un grifo
de purga ( y de descompresión) para extraer la posible agua de
condensación. El cartucho filtrante propiamente dicho está constituido
por un cilindro de chapa perforada alrededor del cual se adapta
exteriormente el material filtrante formado por un filtro o fibra sintética.
Los filtros deben estar equipados con un dispositivo de manómetro
diferencial entre la entrada y salida del gas que permita controlar la
perdida de carga. El gas penetra en el filtro entre el cuerpo exterior y el
cartucho filtrante, y sale por el centro del mismo luego del filtrado. El
elemento filtrante debe tener una capacidad mínima de 2 cm3 por cada
Nm3 de capacidad horaria de la línea. El filtro debe retener en función de
la granulometría de las impurezas: polvo 98 % hasta 5 micras y agua
100 % hasta 100 micras.
Figura 2. Esquemático de Filtro
Fuente:www.alliedfilters.com (2012)
4.2.2.1 Criterios de Selección de equipos de filtración
La selección de un equipo de filtración en general requiere un estudio de
las especificaciones y objetivos del proceso junto con una evaluación de
la capacidad y características del equipo de filtración en las que las
consideraciones sobre el medio filtrante son importantes.
Los factores a considerar relativos del proceso que suelen citarse son:
La presión y la temperatura del gas en la caja del filtro.
Química y composición física de los gases.
Contaminantes a ser eliminados.
Tipo de servicio de filtración.
Velocidad de flujo, tamaño de la línea y el nivel de filtración
requerido.
Importancia relativa de los costos, tiempo de respuesta,
facilidad de servicio y descanso.
Los primeros tres factores determinan los materiales de construcción de
la carcasa del filtro, incluidos los elementos y sellos. Las carcasas de
filtros están disponibles en una amplia variedad de materiales, para
aplicaciones más especializadas.
El cuarto factor determina la configuración de la carcasa. Y el quinto y
sexto factor establece el tamaño más apropiado de filtro.
En la selección de un filtro existe un compromiso entre los factores que
favorecen un pequeño filtro (rápido tiempo de respuesta, pequeña
necesidad de espacio, menor costo, minimizar las pérdidas de
adsorción) y los factores de los que favorecen una gran filtro (largos
intervalos de servicio, baja caída de presión). La elección exacta
dependerá, pues, la importancia relativa de estos factores en cada
aplicación en particular.
Habitualmente, las características del fluido a tratar tales como caudal y
presión, contenido de sólidos y naturaleza, en especial granulométrica,
propiedades químicas y temperatura son determinantes en la selección
de un filtro.
En cuanto al régimen de funcionamiento, en general, los filtros
continuos son recomendados en aplicaciones de procesos en régimen
permanente, aunque pueden resultar más convenientes los
intermitentes en aquellos casos que requieran flexibilidad o una presión
más elevada.
4.2.3 Separadores
Son dispositivos que se utilizan para eliminar los líquidos (hidrocarburos
y agua) de una corriente de gas a alta presión. Se utilizan generalmente
en los sistemas de separación a baja temperatura.
Un separador consta de las siguientes secciones (Figura 3):
a) Sección de separación primaria
b) Sección de separación secundaria
c) Sección de extracción de niebla
d) Sección de almacenamiento de líquido
Figura 3 Secciones de un Separador Fuente: Frick C. Thomas, “Petroleum Production Hand book” (2012)
Sección de separación primaria.- La separación en esta sección se
realiza mediante un cambio de dirección de flujo. El cambio de dirección
se puede efectuar con una entrada tangencial de los fluidos al
separador; o bien, instalando adecuadamente una placa desviadora a la
entrada. Con cualquiera de las dos formas se le induce una fuerza
centrífuga al flujo, con la que se separan grandes volúmenes de líquido.
Sección de separación secundaria.- En esta sección se separa la máxima
cantidad de gotas de líquido de la corriente de gas. Las gotas se separan
principalmente por la gravedad por lo que la turbulencia del flujo debe
ser mínima. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En
algunos diseños se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir aun
más la turbulencia, sirviendo al mismo tiempo como superficies
colectoras de gotas de líquido. La eficiencia de separación en esta
sección, depende principalmente de las propiedades físicas del gas y del
líquido, del tamaño de las gotas de líquido suspendidas en el flujo de
gas y del grado de turbulencia.
Sección de extracción de niebla.- En esta sección se separan del flujo de
gas, las gotas pequeñas de liquido que no se lograron eliminar en las
secciones primaria y secundaria del se parador. En esta parte del
separador se utilizan el efecto de choque y/o la fuerza centrífuga como
mecanismos de separación. Mediante estos mecanismos se logra que las
pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre una superficie en donde se
acumulan y forman gotas más grandes, que se drenan a través de un
conducto a la sección de acumulación de líquidos o bien caen contra la
corriente de gas a la sección de separación primaria. El dispositivo
utilizado en esta sección, conocido como extractor de niebla, esta
constituido generalmente por un conjunto de veletas o aspas; por
alambre entretejido, o por tubos ciclónicos.
Sección de recolección de la fase líquida.- En esta sección se almacena y
descarga el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del
separador debe tener la capacidad suficiente para manejar los posibles
baches de líquido que se pueden presentar en una operación normal.
Además debe tener la instrumentación adecuada para controlar el nivel
de líquido en el separador. Esta instrumentación está formada por un
controlador y un indicador de nivel, un flotador y una válvula de
descarga. La sección de almacenamiento de líquidos debe estar situada
en el separador, de tal forma que el líquido acumulado no sea
arrastrado por la corriente de gas que fluye a través del separador.
4.2.3.1 Clasificación y descripción de los separadores
Los separadores pueden clasificarse según su forma en: cilíndricos,
esféricos y separadores de dos barriles.
A su vez los separadores cilíndricos pueden clasificarse según su
orientación en: Separadores Verticales y Horizontales.
Otra clasificación de acuerdo a la manera de inducir físicamente la
separación es: por gravedad, por impacto y por fuerza centrifuga.
A continuación se describe brevemente los separadores más
comúnmente utilizados.
a) Separadores Verticales
En estos equipos, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo
vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la
fase liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase
pesada, no se producirá la separación de fases, a menos que esta fase
pesada coalesca en una gota más grande.
Figura 4. Separador Vertical
Fuente: PDVSA MDP-03-S-01 Manual de diseño de procesos (1995)
Entre las ventajas y desventajas del separador vertical están:
Ventajas
Normalmente empleados cuando la relación gas o vapor –
líquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en
el flujo de vapor/gas.
Mayor facilidad, que un tambor horizontal, para el control
del nivel del líquido, y para la instalación física de la
instrumentación de control, alarmas e interruptores.
Ocupa poco espacio horizontal
La capacidad de separación de la fase liviana no se afecta
por variaciones en el nivel de la fase pesada.
Facilidad en remoción de sólidos acumulados.
Existe menor tendencia a la revaporización de líquidos.
Desventajas
El manejo de grandes cantidades de líquido, fuertes
variaciones en la entrada de líquido, ó separación líquido –
líquido, obliga a tener excesivos tamaños de recipientes,
cuando se selecciona esta configuración.
Requieren mayor diámetro, que un tambor horizontal, para
una capacidad dada de gas.
Requieren de mucho espacio vertical para su instalación
Fundaciones más costosas cuando se comparan con
tambores horizontales equivalentes.
Cuando hay formación de espuma, o quiere desgasificarse
líquido ya recolectado, se requieren grandes volúmenes de
líquido y, por lo tanto, tamaños grandes de tambores
verticales.
b) Separadores Horizontales
En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la
dirección horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase
liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de
decantación de la fase pesada discontinua (hasta un cierto límite).
Figura 5. Separador Horizontal
Fuente: PDVSA MDP-03-S-01 Manual de diseño de procesos (1995)
Entre las ventajas y desventajas de este tipo de separadores están:
Ventajas
Normalmente empleados cuando la relación gas ó vapor –
líquido es baja.
Requieren de poco espacio vertical para su instalación.
Fundaciones más económicas que las de un tambor vertical
equivalente.
Por lo general, son más económicos.
Requieren menor diámetro, que un tambor vertical, para
una capacidad dada de gas.
Manejan grandes cantidades de líquido, fuertes variaciones
en la entrada de líquido, ó separación líquido – líquido,
optimizando el volumen de operación requerido.
Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación de
líquido y el manejo de espuma, si se forma.
Desventajas
Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separación
de la fase liviana.
Ocupan mucho espacio horizontal.
Difícil remoción de sólidos acumulados (Necesidad de
inclinar el recipiente ó añadir internos como tuberías de
lavado)
Separadores Esféricos
Ventajas:
Más baratos que los horizontales o verticales.
Más compactos que los horizontales o los verticales, por lo
que se usan en plataformas costa afuera.
Son más fáciles de limpiar que los separadores verticales.
Los diferentes tamaños disponibles los hacen el tipo más
económico para instalaciones individuales de pozos de alta
presión.
Desventajas:
Tienen un espacio de separación muy limitado.
4.2.3.2 Parámetros que intervienen en el diseño de separadores
Los principales parámetros que intervienen durante el diseño de un
separador son los siguientes:
a) Composición del Fluido que se va a separar
Se requiere realizar un análisis de la composición de la alimentación, en
el cual se considere el equilibrio de las fases, esto con la finalidad de
predecir cuál será la cantidad y calidad de gas y del líquido que se
separarían en el separador, a las condiciones de presión y temperatura
de operación.
b) Caudal del gas a condiciones normales
Al diseñar un separador es indispensable conocer los volúmenes de gas
y liquido que se van a manejar durante su operación. Las variaciones a
las cuales están sujetas estas cantidades a través del tiempo, y el
impacto de los cambios estacionarios, obligan a verificar el
comportamiento del separador en las condiciones más desfavorables
durante su diseño.
c) Presión y Temperatura de Operación
Un estudio previo de las variaciones de presión y temperatura, en el
proceso donde se instalara la unidad es de mucha importancia, ya que,
de esta manera se determinan como afectan las variaciones de presión
y temperatura al proceso de separación.
d) Factor de Compresibilidad del Gas en condiciones de operación
El valor del factor de compresibilidad del gas (Z) sirve para determinar
el volumen de gas a las condiciones de operación. El diseñador deberá
seleccionar el modelo termodinámico más conveniente que permita
reflejar los valores de campo.
e) Densidad de los fluidos a condición de operación
La densidad de los fluidos dentro del separador, juega un papel
importante ya que se ve afectada por los cambios en las condiciones de
operación (presión y temperatura).
f) Velocidad critica del gas
El cálculo de la velocidad del gas dentro del separador es uno de los
factores que más influye en su diseño. La elección de la constante K y la
determinación de la velocidad dentro del recipiente son los criterios más
importantes al hacer el diseño.
Cuando se trabaja por debajo de la velocidad crítica del gas, las fuerzas
de gravedad controlan el movimiento del líquido. Por consiguiente, al
diseñar es necesario obtener una velocidad menor a la crítica, con el fin
de lograr que las fuerzas de gravedad hagan caer las gotas de líquido y
no sean arrastradas por el gas.
Una vez conocida la velocidad crítica se puede conocer la sección
mínima transversal del separador, lo cual se logra dividiendo el flujo
volumétrico del gas, en condiciones de operación, entre la velocidad.
La velocidad crítica se puede predecir mediante relaciones que se
derivan de la ley de Newton y puede expresarse de la siguiente forma:
g
glKVc
Ec. (2)
Donde:
Vc: Velocidad Critica (pie/seg)
ρl : Densidad del liquido a condiciones de operación (lb/pie3)
ρg: Densidad del gas a condiciones de operación(lb/pie3)
K: Constante de Souder y Brown (pie/seg)
g) Valor K
El valor de la constante K en la ecuación (1) es uno de los parámetros
que tiene mayor relevancia al momento de predecir el comportamiento
de los fluidos dentro del recipiente. De cierto modo, es el valor que
acerca o aleja las predicciones del funcionamiento real del sistema. Cada
fabricante tiene sus propias consideraciones al respecto.
De acuerdo a la bibliografía consultada existen dos consideraciones
principales para definir el valor de “K”:
La primera es la que utiliza la GPSA, la cual indica que el valor de “k” es
igual a 0,35 a 100 lpcm y disminuye una centesima (0,01) para cada
100 lpcm.
La segunda procede de la norma británica y es la utilizada por PDVSA en
su normativa. En este caso, se comparan los flujos másicos de líquido y
vapor en el separador (Wl/Wg) para escoger el valor correspondiente de
“k”.
De acuerdo a la norma PDVSA, se tiene que:
Si WL/WG 0.1 K=0.35
Si 0.1 WL/WG 1.0 K=0.25
Si WL/WG 1.0 K=0.20
Donde:
WL = Tasa de flujo de líquido, lb/seg.
WG = Tasa de flujo de gas, lb/seg.
La selección de uno u otro criterio tendrá un impacto en la velocidad
critica del gas dentro del separador y, por tanto, en la selección del
diámetro.
h) Tiempo de Retención
La normativa PDVSA recomienda la selección del tiempo de residencia
del petróleo, con base a la gravedad API del fluido.
De esta manera:
Un minuto y medio (1.5) para destilados y petróleo crudo
con gravedad de 40° API o mayor
Tres (3) minutos para petróleos crudos que sean
considerados “no espumosos” a condiciones operacionales y
con gravedad API entre 25° y 40° API.
Cinco (5) minutos para petróleos crudos que sean
considerados “espumosos” con gravedad API por debajo de
25° API.
i) Dimensión del Separador
Las relaciones optimas desde el punto de vista económico, de la razón
longitud/diámetro están comprendidas entre 2.5 y 6 (norma PDVSA).
Al dimensionar el separador se puede optar por la propia experiencia del
diseñador o apegarse a las normas.
4.2.4 Medidores de Flujo
4.2.4.1 Tipos de medidores de flujo
Existen varios métodos para medir el caudal, según el tipo de caudal
volumétrico o másico.
En las figuras 6 y 7 se muestran los principales medidores de flujo.
Figura 6. Medidores Volumétricos
Fuente: IIMPI (2012)
Figura 7. Medidores volumétricos y másicos
Fuente: IIMPI (2012)
a) Medidores de presión diferencial
El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de
fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende
de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la
diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción
puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más
comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa
orificio y el tubo pitot.
Placa Orificio
El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un
agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El
paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que
la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento
apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una
disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se
le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión
variable (Figura 8).
Cuando dicha placa se coloca en forma concéntrica dentro de una
tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se
aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total
de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena
contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de
presión hacia abajo desde el orificio.
Figura 8. Placa Orificio
Fuente: Sensores de Flujo principios de medición, Susana Torres (2012)
Cuando dicha placa se coloca en forma concéntrica dentro de una
tubería, esta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se
aproxima al orificio y después se expande de repente al diámetro total
de la tubería. La corriente que fluye a través del orificio forma una vena
contracta y la rápida velocidad del flujo resulta en una disminución de
presión hacia abajo desde el orificio.
El valor real del coeficiente de descarga C depende de la ubicación de
las ramificaciones de presión, igualmente es afectado por las variaciones
en la geometría de la orilla del orificio. El valor de C es mucho más bajo
que el del tubo venturi o la boquilla de flujo puesto que el fluido se
fuerza a realizar una contracción repentina seguida de una expansión
repentina.
De acuerdo a su geometría las placas orificios se pueden clasificar en:
concéntrico, excéntrico y segmentado. (Ver figura 9)
Figura 9. Tipos de Placas Orificio
Fuente: Sensores de Flujo principios de medición, Susana Torres(2012)
Cada uno de estos tipos tiene sus ventajas y aplicaciones específicas: La
concéntrica sirve para líquidos, la excéntrica para los gases donde los
cambios de presión implican condensación, cuando los fluidos contienen
un alto porcentaje de gases disueltos.
La gran ventaja de la placa de orificio en comparación con los otros
elementos primarios de medición, es que debido a la pequeña cantidad
de material y al tiempo relativamente corto de maquinado que se
requiere en su manufactura, su costo llega a ser comparativamente
bajo, aparte de que es fácilmente reproducible, fácil de instalar y
desmontar y de que se consigue con ella un alto grado de exactitud.
Además que no retiene muchas partículas suspendidas en el fluido
dentro del orificio.
Este tipo de medidor es utilizado en tuberías donde se permita una gran
pérdida de energía.
El uso de la placa de orificio es inadecuado en la medición de fluidos con
sólidos en suspensión pues estas partículas se pueden acumular en la
entrada de la placa., el comportamiento en su uso con fluidos viscosos
es errático pues la placa se calcula para una temperatura y una
viscosidad dada y produce las mayores pérdidas de presión en
comparación con los otros elementos primarios.
Las mayores desventajas de este medidor son su capacidad limitada y la
pérdida de carga ocasionada tanto por los residuos del fluido como por
las pérdidas de energía que se producen cuando se forman vórtices a la
salida del orificio.
b) Medidores de Velocidad
Algunos dispositivos disponibles comercialmente miden la velocidad de
un fluido en un lugar específico más que una velocidad promedio.
Medidor de turbina
Las turbinas son medidores que poseen un rotor que gira al paso de un
fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal. La
velocidad del fluido ejerce una fuerza de arrastre en el rotor, la
diferencia de presiones, debida al cambio de áreas entre el rotor y el
cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta. Debido a ello el rotor
está equilibrado hidrodinámicamente, sin necesidad de utilizar
rodamientos axiales
El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que
depende de la velocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de
rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de
voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador
electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse
en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta
algunos miles de L/min se pueden medir con medidores de turbina de
varios tamaños.
Su uso se ve limitado por la viscosidad del fluido. Son los más precisos,
con una precisión del 0,15 al 1%.(ver figura 10)
Figura 10. Medidor Turbina
Fuente: IIMPI (2012)
c) Medidores de flujo por ultrasonido
Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y
receptor. La placa piezo-cerámica de una de las sondas es excitada por
un impulso de tensión, generándose un impulso ultrasónico que se
propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el
lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma
en una señal eléctrica.(ver figura 11)
Figura 11. Medidor de flujo Ultrasónico
Fuente: PDVSA (2001)
El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del
sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula
su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la
velocidad se determina el caudal que además necesita alimentación
eléctrica.
Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:
Doppler: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del
líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y
se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos,
burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se
refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la
frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de
frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido.
Transito: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su
configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos
con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del
líquido.
La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o
disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido
que está siendo medido Tendremos dos señales que viajan por el mismo
elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que
las señales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores.Se puede
hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la
señal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se
realiza determinando el tiempo que tardan las señales en viajar por el
flujo.
Características
Temperatura ambiente 0º 55º
Temperatura de almacenamiento -20º 150º
Humedad <80%
Temperatura del líquido 20º 150º
Máx. presión de conexión 25 bar
Las medidas no se ven afectadas por la presencia de sustancias
químicas, partículas contaminantes..
Tienen un alto rango dinámico
Diseño compacto y pequeño tamaño
Costos de instalación y mantenimiento pequeños
Las medidas son independientes de la presión y del líquido a medir
No se producen pérdidas de presión debido al medidor
No hay riesgos de corrosión en un medio agresivo
Aunque el precio no es bajo, sale rentable para aplicaciones en las
que se necesite gran sensibilidad (flujos corporales) o en sistemas
de alta presión.
Operan en un gran rango de temperaturas (-10º a 70º) (-30º
180º)[3]dependiendo del sensor y se ofrece la posibilidad de
comprar sensores con características especiales para aplicaciones
concretas.
Las medidas son no invasivas (especialmente importantes cuando
hablamos del cuerpo humano)
Ofrecen una alta fiabilidad y eficiencia
d) Medidores de masa
Los medidores másicos miden la masa que circula por unidad de tiempo.
Los tipos más usados son por principio Coriolis y térmicos.
Coriolis
El efecto Coriolis es un fenómeno que se produce cuando un objeto se
mueve en forma radial sobre un disco en rotación. A medida que un
cuerpo de masa “m” se mueve sobre un disco que gira desde el centro
hacia el borde en forma radial, va incrementando su velocidad
tangencial. Eso implica que existe una aceleración que produce sobre la
masa una fuerza conocida como Fuerza de Coriolis (Ver figura 12).
Figura 12. Coriolis
Fuente: IIMPI (2012)
El caudalímetro Coriolis consta de uno o dos tubos que vibran en el que
se producen fuerzas de distinto sentido que producen una deformación
que es proporcional al flujo másico. Los medidores por efecto Coriolis
dan una medición directa de masa y densidad, no requieren tramos
rectos en su instalación, no tienen requerimientos especiales de
conductividad ni viscosidad de líquidos y aceptan cantidades
importantes de sólidos en suspensión.
4.2.4.2 Factores para la selección del tipo de medidor de fluido
Para seleccionar el tipo de medidor, se deben considerar los
siguientes factores:
Rango: los medidores disponibles en el mercado pueden medir
flujos desde varios mililitros por segundo (ml/s) para
experimentos precisos de laboratorio hasta varios miles de metros
cúbicos por segundo (m3/s) para sistemas de irrigación de agua o
agua municipal o sistemas de drenaje. Para una instalación de
medición en particular, debe conocerse el orden de magnitud
general de la velocidad de flujo así como el rango de las
variaciones esperadas.
Exactitud requerida: cualquier dispositivo de medición de flujo
instalado y operado adecuadamente puede proporcionar una
exactitud dentro del 5 % del flujo real. La mayoría de los
medidores en el mercado tienen una exactitud del 2% y algunos
dicen tener una exactitud de más del 0.5%. El costo es con
frecuencia uno de los factores importantes cuando se requiere de
una gran exactitud.
Pérdida de presión: debido a que los detalles de construcción de
los distintos medidores son muy diferentes, éstos proporcionan
diversas cantidades de pérdida de energía o pérdida de presión
conforme el fluido corre a través de ellos. Excepto algunos tipos,
los medidores de fluido llevan a cabo la medición estableciendo
una restricción o un dispositivo mecánico en la corriente de flujo,
causando así la pérdida de energía.
Tipo de fluido: el funcionamiento de algunos medidores de fluido
se encuentra afectado por las propiedades y condiciones del fluido.
Una consideración básica es si el fluido es un líquido o un gas.
Otros factores que pueden ser importantes son la viscosidad, la
temperatura, la corrosión, la conductividad eléctrica, la claridad
óptica, las propiedades de lubricación y homogeneidad.
Calibración: se requiere de calibración en algunos tipos de
medidores. Algunos fabricantes proporcionan una calibración en
forma de una gráfica o esquema del flujo real versus indicación de
la lectura. Algunos están equipados para hacer la lectura en forma
directa con escalas calibradas en las unidades de flujo que se
deseen. En el caso del tipo más básico de los medidores, tales
como los de cabeza variable, se han determinado formas
geométricas y dimensiones estándar para las que se encuentran
datos empíricos disponibles. Estos datos relacionan el flujo con
una variable fácil de medición, tal como una diferencia de presión
o un nivel de fluido.
En la Tabla 1, se muestra una comparación entre los medidores de
flujo.
Tabla 1. Comparación Medidores de Flujo
Fuente: IIMPI (2012)
4.2.5 Válvulas de Control
Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se
puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases
mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial
uno o más orificios o conductos.
Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en
la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y
cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme
serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más
corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada
hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que
van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas
desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones
se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no
tienen importancia.
La válvula automática de control generalmente constituye el último
elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se
comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente
con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.
4.2.5.1 Partes de la válvula de control.
a) Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede
ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son
los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida
actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas
en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores
neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y
un resorte tal como se muestra en la figura 13. Lo que se busca
en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión
recibida por la válvula corresponda una posición determinada del
vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3
a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el
área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que
un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un
desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Figura 13. Actuador de una válvula de control
Fuente: IIMPI (2012)
b) Cuerpo de la válvula: este está provisto de un obturador o tapón,
los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la
válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o
roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de
controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y
puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un
movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al
actuador.
4.2.5.2 Tipos de Válvulas
Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de
compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa,
válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas
de retención y válvulas de desahogo (alivio).
Las categorías básicas se describen a continuación.
a) Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el
orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos
rectos sobre el asiento (figura 14).
Figura 14. Válvula de compuerta
Fuente: IIMPI (2012)
Esta válvula es recomendada para: Servicio con apertura total o cierre
total (sin estrangulación), usos poco frecuentes, resistencia mínima a la
circulación, mínimas cantidades de fluido o líquido atrapado en la
tubería.
Entre las principales aplicaciones se destacan: Servicio general, aceites
y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases
y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.
Dentro de sus principales ventajas se pueden destacar: alta capacidad,
cierre hermético, bajo costo, diseño y funcionamiento sencillo, poca
resistencia a la circulación. Por el contrario, como desventajas se
mencionan: control deficiente de la circulación, se requiere mucha
fuerza para accionarla, produce cavitación con baja caída de presión,
debe estar cubierta o cerrada por completo, la posición para
estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.
b) Válvulas de globo
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra
por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un
asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (figura
15).
Figura 15 Válvula de globo
Fuente: IIMPI (2012)
Esta válvula es recomendada para: Estrangulación o regulación de
circulación, para accionamiento frecuente, para corte positivo de gases o
aire, cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
Entre las principales aplicaciones se destacan: Servicio general, líquidos,
vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Dentro de las principales ventajas se destacan: Estrangulación eficiente
con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento, carrera corta del
disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y
desgaste en el vástago y el bonete, control preciso de la circulación,
disponible con orificios múltiples.
Entre las principales desventajas se observan: Gran caída de presión,
Costo relativo elevado.
c) Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola
taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación
directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y
cierra el conducto (figura 16).
Figura 16 Válvula de bola
Fuente: IIMPI (2012)
Recomendada para servicio de conducción y corte, sin estrangulación,
cuando se requiere apertura rápida, temperaturas moderadas, cuando
se necesita resistencia mínima a la circulación.
Las principales aplicaciones son: servicio general, altas temperaturas,
pastas semilíquidas.
Entre las ventajas se destacan: bajo costo, alta capacidad, corte
bidireccional, circulación en línea recta, pocas fugas, se limpia por si
sola, poco mantenimiento, no requiere lubricación, tamaño compacto y
cierre hermético con baja torsión (par).
Dentro de las desventajas se encuentran: características deficientes
para estrangulación, alta torsión para accionarla, susceptible al desgaste
de sellos o empaquetaduras, propensa a la cavitación.
d) Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por
medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos
con el sentido de la circulación (figura 17).
Figura 17 Válvula de mariposa
Fuente:IIMPI (2012)
Recomendada para: servicio con apertura total o cierre total, servicio
con estrangulación, para accionamiento frecuente, cuando se requiere
corte positivo para gases o líquidos, cuando solo se permite un mínimo
de fluido atrapado en la tubería, para baja ciada de presión a través de
la válvula.
Sus principales aplicaciones son: servicio general, líquidos, gases,
pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.
Entre las ventajas se destacan: Ligera de peso, compacta, bajo costo,
requiere poco mantenimiento, número mínimo de piezas móviles, no
tiene bolas o cavidades, alta capacidad, circulación en línea recta, se
limpia por si sola.
Dentro de las desventajas se presentan: alta torsión (par) para
accionarla, capacidad limitada para caída de presión, propensa a la
cavitación.
4.2.6 Planta Termoeléctrica
Una Planta termoeléctrica es una instalación empleada para la
generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma
de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles
como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo
termodinámico convencional para mover un alternador y producir
energía eléctrica. Contribuye al efecto invernadero, pues libera dióxido
de carbono.
Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de
uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no
contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos
radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la
posibilidad de accidentes graves.
4.2.6.1 Tipos de Plantas Termoeléctricas
a) Plantas termoeléctricas de ciclo convencional
Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales
térmicas que emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas
natural para generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales
más económicas y rentables, a pesar de que estén siendo criticadas
debido a su elevado impacto medioambiental.
A continuación en la figura 18 se muestra el diagrama de
funcionamiento de una central térmica de carbón de ciclo convencional:
Figura 18 Planta Termoeléctrica de ciclo convencional
Fuente: http://www.cicloscombinados.com/turbinasgas.html(2012)
b) Plantas termoeléctricas de ciclo combinado
En una central eléctrica el ciclo de gas genera energía eléctrica mediante
una o varias turbinas de gas y el ciclo de vapor de agua lo hace
mediante una turbina de vapor. El principio sobre el cual se basa es
utilizar los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para
aportar calor a la caldera o generador de vapor de recuperación, la que
alimenta a su vez de vapor a la turbina de vapor. La principal ventaja de
utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se obtienen
rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único y
mucho mayores que los de una de turbina de vapor.
Consiguiendo aumentar la temperatura de entrada de los gases en la
turbina de gas, se obtienen rendimientos de la turbina de gas cercano al
60%, exactamente 57,3% en las más modernas turbinas Siemen. Este
rendimiento implica una temperatura de unos 1.350 °C a la salida de los
gases de la cámara de combustión. El límite actualmente es la
resistencia a soportar esas temperaturas por parte de los materiales
cerámicos empleados en el recubrimiento interno de las cámaras de
combustión de esas turbinas.
Las centrales de ciclo combinado son, como todas ellas, contaminantes
para el medio ambiente y para los seres vivos, incluidas las personas,
por los gases tóxicos que expulsan al ambiente. No obstante es la que
menos contamina de todas las industrias de producción de electricidad
por quema de combustible fósil. Básicamente las emisiones son de CO2.
Las emisiones de NOX y SO2 son insignificantes, no contribuyendo por
tanto a la formación de lluvia ácida. Dependiendo estos efluentes
gaseosos del tipo de combustible que se queme en la turbina de gas.
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en
el ciclo Joule y permite, por ello, mejorar la recuperación térmica, o
instalar una turbina de gas de mayor tamaño cuya recuperación térmica
no estaría aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda
turbina de contrapresión.
Figura 19 Planta Termoeléctrica de ciclo combinado
Fuente: http://www.cicloscombinados.com/turbinasgas.html(2012)
4.2.6.2 Plantas de Generación Eléctrica en Venezuela
En la actualidad, el patrimonio de generación de energía eléctrica
existente en Venezuela es el siguiente:
Plantas Termoeléctricas: Josefa Camejo (Falcón), Complejo
Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (Termozulia I y II) (Zulia),
Argimiro Gabaldón (Lara), Planta Centro (Carabobo), Antonio José de
Sucre (Sucre) (en ejecución), Termocentro (Miranda) (en ejecución),
Ezequiel Zamora (en ejecución), Alberto Lovera (en ejecución), Juan
Manuel Valdez (en ejecución), San Diego de Cabrutica (en ejecución),
Termoisla (en ejecución).
Plantas Hidroeléctrica: Simón Bolívar (Bolívar), Antonio José de Sucre
(Bolívar), Francisco de Miranda (Bolívar), Masparro (Barinas), Juan
Antonio Rodríguez Domínguez (Barinas), General José Antonio Páez
(Mérida), Manuel Piar (Bolívar) (en ejecución), Fabricio Ojeda (Mérida)
(en ejecución),Leonardo Ruiz Pineda (Táchira) (en ejecución)
Plantas de Generación Distribuida (Grupos electrógenos): Mantecal
(Apure), El Palito (Carabobo), Arismendi (Barinas), Guanapa I y II
(Barinas), Caño Zancudo (Mérida), Coloncito (Táchira), La Fría I y II
(Táchira), Tomoporo (Trujillo), Caripito (Monagas), Cruz Peraza
(Monagas), Temblador (Monagas), Cantarrana (Miranda), Camaguán
(Guárico), Puerto Ayacucho (Amazonas), Aragua de Barcelona
(Anzoátegui), Clarines (Anzoátegui), Cuartel (Anzoátegui), El Rincón
(Anzoátegui), Achaguas (Apure), Coro (Falcón), Punto Fijo I y II
(Falcón), Boca de Río (Nueva Esparta), Luisa Cáceres I y II (Nueva
Esparta),Luisa Cáceres III y IV (Nueva Esparta), Los Millanes (Nueva
Esparta).
4.2.6.3 Planta Termoeléctrica Cadafe-Coro
La Planta Eléctrica Cadafe-Coro, está constituida por un parque
generador eléctrico que consta de seis (06) equipos turbogeneradores
con sistema dual de combustible (gas – líquido), dos (02) de estos
equipos se encuentra fuera de servicio y se tiene previsto sean
sustituidos por otros nuevos equipos. Actualmente, estas máquinas
operan con combustible líquido (Diesel), ascendiendo este consumo
líquido a 470.820 litros por día.
La Planta Eléctrica cuenta con:
Tres (03) equipos con una capacidad nominal de 15 MW
Uno (01) con una capacidad nominal de 20 MW.
Estos equipos en conjunto tienen una capacidad nominal de 65 MW,
siendo la generación eléctrica operativa de 54 MW.
Adicionalmente, cuentan en sus instalaciones con ocho (08) Unidades de
Generación MTU de menor envergadura, de las cuales tres (03) se
encuentran fuera de servicio, estas máquinas disponen únicamente de
un solo sistema de combustible (líquido) y cuentan con una capacidad
nominal de 1,8 MW y una capacidad operativa de 1,2 MW cada una. Con
la incorporación de las Unidades de Generación MTU, la capacidad
nominal total de generación de la Planta es de 74 MW, mientras que la
capacidad operativa es de 60 MW.
La Planta Eléctrica contempla la instalación adicional de dos (02)
máquinas generadoras para incrementar en 36 MW más la capacidad
operativa de generación de energía eléctrica y en 40 MW más la
capacidad nominal de generación eléctrica, y así; alcanzar un total de 96
MW de capacidad operativa y 114 MW de capacidad nominal. Estos
nuevos equipos requerirán un consumo de gas metano como
combustible de 4,5 MMPCED cada una a 250 psig, por lo que se requiere
el suministro de 9 MMPCED de gas a esta Planta Eléctrica provenientes
del Gasoducto de Interconexión Centro Occidente (ICO) para poder
mantener en operación, bajo este esquema de operación de
combustible, los nuevos equipos.
Así mismo, se tiene previsto ya que existen cuatro maquinas
turbogeneradores duales (gas-liquido) instaladas, crear las facilidades
de suministro de gas a esta maquinas que le permitan operar tanto con
combustible liquido como gaseoso, incrementando el consumo a 27
MMPCED.
4.2.7 Sistema de Interconexión Centro Occidente ( ICO)
El Sistema de Interconexión Centro-Occidente (ICO) es un gasoducto de
diámetro Φ 30” y Φ36” ubicado entre la ciudad de Morón, estado
Carabobo, y la población de Río Seco, localizada en el estado Falcón,
que permite interconectar la red de transmisión de gas de Oriente
(Sistema Anaco – Barquisimeto), con la red de transmisión de gas de
Occidente (Sistema Ulé – Amuay). Esta interconexión alimenta a los
clientes conectados al Sistema Ulé – Amuay ubicados en la Península de
Paraguaná, así como, los requerimientos de gas de PDVSA en Ulé.
Figura 20. Gasoducto de Interconexión Centro Occidente
Fuente: PDVSA (2011)
Específicamente, el gasoducto con una longitud aproximada de 300
Kms, comienza en la descarga de la Planta Compresora Morón
construida en los terrenos de la Estación N-70 del Sistema de Gas Anaco
– Barquisimeto existente. Este gasoducto finaliza en la estación terminal
Río Seco, que está localizada en las cercanías de la intersección de este
gasoducto con el Sistema de Gas Ulé – Amuay, aproximadamente en la
progresiva 179+000 de este último sistema de gas.
El gasoducto ICO está dividido en tres tramos:
• Tramo I: Estación N-70N (Morón) – Estación Intermedia N-80
(La Vaquita)
Figura 21. Estación Morón
Fuente: PDVSA (2012)
• Tramo II: Estación Intermedia N-80 (La Vaquita) – Estación
Intermedia Quero N-90
Figura 22. Estación Quero
Fuente: PDVSA (2012)
• Tramo III: Estación Intermedia Quero N-90 – Estación Terminal
(Río Seco) N-100
Las Estaciones Intermedias N-80 (La Vaquita) y la Estación Intermedia
N-90 (Quero) son estaciones que poseen facilidades para el envío y
recepción de herramientas, contando la estación N-80 con facilidades
para la quema de líquidos y gases a través de la fosa de quema,
medidores de flujo a los extremos del gasoducto y monitoreo de presión
en cada una de las estaciones que lo conforman.
Los volúmenes de líquido producto de la limpieza y/o inspección de la
tubería son retirados en la estación intermedia La Vaquita y en la
estación terminal Río Seco.
A lo largo de su recorrido el Gasoducto Interconexión Centro-Occidente
(ICO) presenta dos diámetros, un tramo de 230 km de Φ 30”
comprendido entre las estaciones Planta Morón y la estación Quero, un
segundo tramo de 70 km de Φ36” entre las estaciones de Quero y Río
Seco para dar el total de 300 km de longitud.
El gasoducto ICO está conformado por quince estaciones de válvulas
discriminadas de la siguiente manera:
Una estación Inicial Morón ubicada en los terrenos de la Estación
de Válvulas N-70 .
Diez estaciones de seccionamiento ubicadas en: Las Pavas, Boca
de Aroa, Río Tocuyo, Mirimire, El Jobo, Turupia, El Manglar, Coro,
Agua Viva y La Florida.
Dos estaciones Intermedias ubicada en: La Vaquita y Quero.
Una estación terminal en Río Seco
Una estación de recepción de gas ubicada en la Vela de Coro.
El Gasoducto actualmente es utilizado para el envío entre 100 a 300
MMPCED de gas desde La planta compresora Morón hacia la estación Río
Seco.
Como se menciono con anterioridad, existen cinco fuentes de
suministro, tres convergen en Morón y continúan el recorrido para
mezclarse con los volúmenes de los campos de la Vela y de Cumarebo
para dar el resultante que llega a la estación terminal Río Seco.
4.2.8 Evaluación económica de un proyecto
La evaluación de un proyecto de inversión, cualquiera que este sea tiene
por objeto conocer su rentabilidad económica y social para asegurar que
se resolverá una necesidad humana en forma eficiente, segura y
rentable. Solo así es posible asignar recursos económicos a la mejor
alternativa.
El objetivo que se persigue en el estudio económico es ordenar y
sistematizar la información de carácter monetario. El cual comienza con
la determinación de costos totales y la inversión inicial, cuya base son
los estudios de ingeniería y posteriormente continúa con la
determinación de la depreciación y amortización de toda la inversión
inicial.
Los indicadores económicos adoptados por PDVSA son: El Valor Presente
Neto y Tasa Interna de Retorno, los cuales son conocidos también
como: indicadores dinámicos ya que su influencia es representada
continuamente en el tiempo, mientras que el periodo de recuperación de
la inversión y el flujo de caja son denominados indicadores estáticos.
Los estudios o evaluaciones económicas de reemplazo consisten en la
comparación de dos opciones o sustituciones, una de las cuales existe,
es decir un activo o proceso que posee la empresa y/o aplica en la
actualidad, y que se plantea sustituir por otra mas eficiente o
económicamente más rentable. En otras palabras la evaluación tendrá
como resultado dos alternativas, la implantación de la propuesta, o
dejar todo como esta.
4.2.8.1 Indicadores Económicos
a) Valor Presente Neto
Este criterio plantea que el proyecto debe aceptarse si su valor presente
neto (VPN) es igual o superior a cero, donde el VPN es la diferencia
entre todos los ingresos y egresos expresados en moneda actual.
n
t t
n
t tIo
i
Et
i
YtVPN
11 )1()1( Ec. (3)
Donde:
Yt= Flujo de Ingresos del proyecto
Et= Flujo de egresos del proyecto
Io= Inversión inicial
I =tasa de descuento
Si:
VPN>0, el proyecto es rentable. El flujo de efectivo (ingresos y
egresos) durante un periodo determinado, se traduce en el presente
como un valor de ganancia positivo.
VPN = 0, el proyecto cumple con la mínima rentabilidad. El flujo
de efectivo resulta con cero ganancias.
VPN<0, el proyecto no es rentable. El flujo de efectivo resulta en
pérdidas de capital.
b) Tasa Interna de Retorno (TIR)
El criterio tasa interna de retorno (TIR) evalúa el proyecto en función de
una única tasa de rendimiento por periodo con la cual la totalidad de los
beneficios actualizados son exactamente iguales a los desembolsos
expresados en moneda actual. Es decir, es la tasa por la cual el VPN es
igual a cero.
La tasa así calculada se compara con la tasa de descuento de la
empresa. Si la TIR es igual o mayor que esta, el proyecto debe
aceptarse y si es menos deba rechazarse.
0)1(1
Ior
EtYtn
t t Ec. (4)
Donde:
r = tasa interna de retorno
4.2.8.2 Sistema de Evaluaciones Económicas (SEEPLUS)
El Sistema de evaluaciones económicas (SEEPLUS) es una herramienta
que permite cuantificar la rentabilidad de un proyecto de Inversión a
través de los siguientes indicadores económicos: Valor Presente neto
(VPN) y la tasa Interna de Retorno (TIR). El sistema cuenta además con
la facilidad de poder evaluar varias alternativas de un proyecto bajo
diferentes escenarios económicos entre otras, así como, de realizar un
grafico de sensibilidad con el propósito de conocer cuan susceptible es el
Valor Presente Neto (VPN) del proyecto a los cambios en los parámetros
tales como: inversiones, costos e ingresos.
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
El desarrollo de la investigación exige un diseño metodológico, que
permita conocer específica y detalladamente la realidad; es decir, la
recolección de datos pertinentes para contrastarlos con los elementos
teóricos, que sustenten la investigación, de tal manera, que el estudio
se adapta al problema y los objetivos planteados.
En tal sentido, en este capítulo se describe la estrategia de la
investigación, el tipo y diseño de investigación, las fuentes, técnicas e
instrumentos de recolección de datos, así como, las técnicas de
procesamiento y análisis de los mismos que permiten determinar la
factibilidad técnico-económica para realizar la interconexión del
gasoducto con la Planta Termoeléctrica.
6.1. Tipo de investigación
Analizando los fines que persigue, de acuerdo a sus objetivos externos
establecidos por Sabino (2007) se define como una investigación
aplicada, al determinar la factibilidad de la aplicación a futuro de los
resultados obtenidos.
Siguiendo la clasificación propuesta por Babbie, Selltiz et al (1965),
quienes identifican la investigación descriptiva como aquella que
“consiste en estudiar una situación, evento o proceso haciendo un
análisis de sus características, propiedades y elementos constitutivos”.
Esta investigación se clasifica como descriptiva, ya que se mide o evalúa
diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno que se
pretende investigar, lo que implica que en este tipo de estudios se
selecciona una serie de aspectos o variables y se miden
independientemente para describir lo que se investiga.
Por otra parte Hernandez, R y otros (2006) definen la investigación
explicativa como aquella que esta dirigida a responder las causas de
eventos físicos. Como su nombre lo indica, su interés se centra en
explicar por qué ocurre un fenómeno en qué condiciones se da este o
porque dos o más variables están relacionadas.
En este caso se analizaran de manera individual cada una de las
variables, a saber, dispositivos de medición de flujo, componentes de
una estación de medición y regulación, variables que generan la
formación de hidratos y líquidos, para luego dimensionar la tubería de
interconexión y equipos necesarios para garantizar la entrega de gas a
la planta termoeléctrica.
6.2. Diseño de la investigación
Bavaresco (2006), se refiere al diseño de investigación, como un
método específico, una serie de actividades sucesivas y organizadas,
que deben adaptarse a las particularidades de cada investigación y que
indican las pruebas a efectuar y las técnicas a utilizar para recolectar y
analizar los datos.
De acuerdo al tipo de datos a ser recogidos para llevar a cabo la
investigación, el diseño se define como bibliográfico, de campo, no
experimental.
Según la opinión del autor Sabino (2002), el Diseño de Campo consiste
en obtener la información directamente de la realidad, es decir, la
recopila el investigador en el propio objeto de estudio, lo que significa
que son datos originales, pues la información obtenida será actual, real
y precisa. Para Arias (2006), el diseño de campo es aquel que consiste
en recolectar datos primarios, es decir, datos que provienen
directamente de los sujetos investigados y de la realidad donde ocurren
los hechos, lo que significa que el investigador recopila la información
pero no altera sus condiciones.
Por otra parte se define no experimental, debido a que los datos de
obtienen tal como se dan en su contexto natural, sin ser manipulados;
así como lo exponen Hernández y col. (2006), quienes comentan que
este diseño es aquel “que se realiza sin manipular deliberadamente las
variables”. Esto significa que no se hace variar intencionalmente las
variables independientes, se observa el fenómeno tal y como sucede en
su contexto natural, y luego se analiza.
Se define como bibliográfico, debido a que se estudia analíticamente la
documentación bibliográfica referida al problema de investigación.
6.3. Población y Muestra
Para Chávez (2007), establece que la población es aquel universo
constituido por sujetos de diferentes características que permiten
distinguirlos unos de otros, del cual se pretenden obtener unos
resultados luego de realizada la investigación. Igualmente, Hernández y
col. (2006), señalan que la población es un subconjunto del universo
conformado en atención a un determinado número de variables que se
van a estudiar, variables que lo hacen un subconjunto particular con
respecto al resto de los integrantes del universo.
Por su parte Arias (2006), asegura que la población es “un conjunto
finito o infinito de elementos con características comunes para los cuales
serán extensivas las conclusiones de la investigación. Esta queda
delimitada por el problema y por los objetivos del estudio”. De acuerdo
con Balestrini (2003), se entiende por población “cualquier conjunto de
elementos de los que se quiere conocer o investigar, alguna o algunas
de sus características”.
En tal sentido la población de la presente investigación estará
constituida por el gas natural.
La población se tipifica como finita en criterio de Balestrini (2003), pues
las unidades a estudiar son iguales o inferiores a cien mil. Dado que la
población a estudiar está claramente definida y limitada, este punto es
manejado bajo la perspectiva de un recuento completo de los elementos
de la población.
Así, en atención al tamaño o número de unidades poblacionales y sobre
todo por las posibilidades de acceso a la totalidad de la población por
parte del autor, se determina como muestra el gas natural manejado
por el Sistema de Interconexión Centro Occidente (ICO).
6.4. Técnicas para la recolección de información
Para alcanzar los objetivos de la investigación, se hace necesario hacer
uso de las técnicas de investigación que permitan obtener y recopilar
información sobre el problema de estudios.
Durante recolección de la información se emplearon tanto fuentes
primarias como fuentes secundarias.
6.4.1 Fuentes Primarias
Investigación Documental conformada por los textos,
manuales, artículos, experiencia de especialistas y fabricantes.
Observación directa no participante, ya que el investigador
sólo se hace presente con el propósito de obtener la información y
reuniones con el personal de la instalación objeto de estudio.
Entrevistas no estructuradas a fabricantes, ingenieros de
diseño, asesores académicos e industriales, especialistas en diseño
de separadores, válvulas de control, medidores de flujo, fabricantes,
operadores e ingenieros de la instalación.
6.4.2 Fuentes Secundarias
Libros, material documental, trabajos de grados, enciclopedias,
diccionarios, revistas y artículos de Internet.
Normas PDVSA e Internacionales
Catálogos de equipos.
Manuales de operación.
Análisis de laboratorio.
Planos, fotografías
Herramientas de computación.
Programa de simulación de redes de tuberías Pipephase 7.2
Programa de simulación de procesos HYSYS 3.2
6.5. Procedimiento de la Investigación
La metodología empleada en este trabajo de grado se estructura en
cuatro etapas, cada una de las de cuales describen las diversas
actividades requeridas para alcanzar cada uno de los objetivos
planteados. La secuencia de pasos a seguir durante el desarrollo de la
investigación fue la siguiente:
6.5.1 Etapa 1. Describir las características técnicas y operacionales de la Planta
Termoeléctrica Cadafe Coro.
En esta etapa se efectuó una revisión bibliográfica para conocer al
detalle el funcionamiento y características de los equipos de generación
eléctrica que conforman la Planta Termoeléctrica. Igualmente se realizo
las entrevistas no estructuradas a los custodios de la instalación.
6.5.2 Etapa 2. Describir las características técnicas y operacionales del sistema
de transporte gasoducto de interconexión centro occidente.
En esta etapa se efectuó una revisión bibliográfica para conocer al
detalle las condiciones de operación y características de las estaciones
intermedias y principales, del gasoducto del Sistema de Interconexión
Centro Occidente (ICO). Igualmente se realizo entrevistas no
estructuradas a los custodios de la instalación.
6.5.3 Etapa 3. Desarrollar una propuesta de interconexión para el suministro de
gas desde el Gasoducto de Interconexión Centro Occidente (ICO) hasta la
Planta Eléctrica Cadafe Coro.
El desarrollo de la propuesta de interconexión se enfoco en tres
estructuras principales: Dimensionar una Estación de Regulación
Primaria (ERP), a partir de una facilidad existente ubicada en el Km – 7
del Gasoducto ICO; dimensionar una Estación de Medición y Regulación
Secundaria (EMR); y finalmente dimensionar un ramal de tubería desde
la Estación de Regulación primaria hasta la Estación de Medición y
Regulación.
6.5.3.1. Recolección de datos
Se realizaron entrevistas al personal de la Planta Termoeléctrica para
conocer la demanda de gas requerido, temperatura, presión de
operación y calidad del gas requerido.
Se efectuaron reuniones, con el futuro custodio de las nuevas
instalaciones, para tratar las facilidades operacionales y de
mantenimiento de la estación a diseñar.
Así mismo, se consultaron catálogos de equipos y se realizaron
entrevistas a fabricantes y diseñadores de equipos.
Para el caso de la calidad del gas se tomo una cromatografía del gas de
la estación N-91(Coro) del gasoducto ICO.
6.5.3.2. Diseño de la Infraestructura Requerida
a) Ubicación de la propuesta de diseño
Se realizaron reuniones con el personal de la Planta Termoeléctrica
CADAFE- CORO y de la Gerencia de transporte y distribución de gas
metano con la finalidad de definir el área disponible para la construcción
del diseño.
b) Evaluación Hidráulica
Con el objetivo de diseñar las facilidades para el suministro de Gas
Metano a la Planta Eléctrica Cadafe – Coro del Estado Falcón, se empleo
el simulador Pipephase, para determinar el diámetro de tubería
requerido para el nuevo arreglo.
De acuerdo a la capacidad de manejo de los volúmenes de gas
establecidos y bajo las condiciones operativas requeridas, con la
cromatografía seleccionada para el estudio, se establecieron los
escenarios a evaluar los cuales se reflejan en la Tabla 2. Así mismo, se
determinó el volumen máximo de gas que este arreglo puede manejar.
Tabla 2 Escenarios de Operación de Calidad del Gas
Calidad del Gas EscenariosFlujo de Gas
(MMPCED)
Presion de
Operación
( Psig)
1 10,5 1100
2 31,5 1100
3 10,5 1000
4 31,5 1000
5 10,5 900
6 31,5 900
7 10,5 1100
8 31,5 1100
9 10,5 1000
10 31,5 1000
11 10,5 900
12 31,5 900
Operación
Normal
Operación
Contingencia
Fuente: Steinkopf, 2012
Partiendo de un diseño preliminar de las estaciones y de la interconexión
entre ambas, la evaluación y diseño se efectuó siguiendo las buenas
prácticas de diseño indicadas en el Manual AGA parte 9 y las normas
PDVSA 90616.1.024 Dimensionamiento de Tuberías de Proceso.
La velocidad del gas en el tren de regulación no debe ser mayor a
200 pie/seg. (Manual AGA parte 9).
Las velocidades del gas en cabezales no deben sobrepasar los 50
pies/seg (Norma AGA Sección 9.5).
La velocidad del gas en las tuberías de la estación, no debe ser
mayor a la velocidad máxima permitida para servicio continuo
(PDVSA 90616.1.024 Dimensionamiento de Tuberías de proceso),
la cual se define como:
100eV
Ec. (5)
Donde;
Ve: Velocidad Máxima
: Densidad del gas
La presión de regulación en la ERP es 850 psig, basados en las
condiciones de predicción de hidratos definidos en la GPSA
(Sección 20: Deshidratación / Predicción de Hidratos)
La presión de regulación en la EMR es 250 psig, de acuerdo al
requerimiento del consumidor final.
c) Diseño Mecánico en Tuberías
De acuerdo a las condiciones operacionales, en las instalaciones a
construir se manejarán tres (3) escenarios de presión: 1100 psig, 850
psig y 250 psig. El servicio a prestar será Gas Natural, y según la norma
PDVSA H-221 “Materiales para Tuberías” (basada en la ASME B 31.3
Piping Process), se establecieron las especificaciones para cada
escenario de presión.
d) Análisis de Formación de Líquidos e Hidratos
Para la evaluación de formación de hidratos del arreglo de tuberías
propuesto se realizara el análisis de formación de hidratos y líquidos con
la finalidad de verificar la posible ocurrencia de estos fenómenos, para la
elaboración de este análisis se utilizara el simulador PIPEPHASE, para el
cual se considerara la cromatografía en caso de contingencia y en caso
de operación normal.
Igualmente se consideraran los niveles de presión de 1100, 1000 y 900
psi.
e) Diseño y selección del sistema de calentamiento o inhibición de hidratos
Selección de la alternativa
Mediante el uso de una matriz de evaluación, se evaluaron tanto los
factores técnicos como económicos que involucran las diferentes
opciones que se plantean:
Opción 1. Instalación de un sistema de calentamiento
Opción 2. Inyección de un inhibidor de hidratos.
La metodología utilizada para este estudio se basa en lo siguiente:
Se seleccionan los criterios de evaluación, para lo cual se determinan un
conjunto de criterios con mayor o menor relevancia, entre los que se
deben discriminar para realizar la selección mas adecuada.
Los criterios de selección que se aplicaron son:
Seguridad: Involucra todas aquellas condiciones seguras de
operación, bajo las cuales los operadores y personal de
mantenimiento de la estación, no corren riesgo durante la
instalación del equipo.
Técnico: se refiere a si el equipo es una tecnología conocida en la
industria, o si es una nueva tecnología si el personal requiere
adiestramiento adicional.
Mantenimiento: Involucra todas las facilidades para el
mantenimiento, requerimientos de atención operacional.
Constructibilidad: Se refiere a las facilidades de construcción del
equipo.
Operatividad: se refiere a la facilidad para operar, controlar e
instalar el equipo. Así como, la posibilidad del equipo de cubrir
cambios en las condiciones operacionales.
Económico: Involucra los factores de inversión de capital, costos
de mantenimiento, instalación y operación.
Una vez definidos cada uno de los criterios, se les asignan un peso a
cada criterio de acuerdo a su importancia, tal como se muestra en la
tabla 3:
Tabla 3. Escala de Pesos
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 4. Escala de Puntuaciones
PUNTUACIÓN DESCRIPCIÓN
4 Muy Bueno
3 Bueno
2 Regular
1 Deficiente
0 Malo
Fuente: Steinkopf (2012)
PESO DESCRIPCIÓN
20 Muy Importante
15 Importante
10 Poco Importante
Una vez que se le asigna un factor de peso y puntuación a cada criterio
se multiplican. La opción que tenga mayor calificación puede
seleccionarse como la más factible.
Selección y cálculo de la cantidad de inhibidor
Para la selección, se considero el inhibidor que requiera menor cantidad,
genere menor costo e impacto al sistema.
Para el cálculo de la cantidad de inhibidor se siguió el procedimiento
indicado en capitulo 20 de la GPSA.
f) Selección del sistema de filtrado
La corriente gaseosa normalmente puede arrastrar partículas solidas
que pueden causar obstrucciones y daños a los equipos y válvulas, por
lo que se requiere la instalación de un sistema de filtrado.
Existe una amplia variedad de filtros en el mercado, de acuerdo a las
necesidades del consumidor se selecciona el tipo mas adecuado.
Para la selección del sistema de filtrado se consultaron diversos
fabricantes. Se efectuó una revisión de los catálogos de sus productos y
finalmente se eligió la empresa filterfab para el diseño en esta
investigación.
El catalogo del fabricante filterfab establece un procedimiento para la
selección del modelo del filtro.
1.- Se inicia elaborando el número del modelo, para lo cual se requiere
conocer el diámetro de la tubería y la presión.
La primera letra corresponde al modelo del fabricante para el tipo de
filtro, el numero que le sigue corresponde al diámetro de la tubería,
luego se coloca un guion, seguidamente la presión y luego la letra F si el
filtro será bridado y una T si será soldado.
2.- Una vez indicado el modelo se procede a verificar que el modelo
formulado es capaz de manejar los flujos de diseño requeridos, en la
tabla 5.
Tabla 5 Flujos a manejar por filtros de la Serie F
Fuente: www.filterfabmfg.com (2012)
3.- Finalmente con el modelo seleccionado se procede a seleccionar el
tipo de filtro entre las cuatro opciones ofrecidas, las cuales se diferencia
en el sistema de cierre y de la carcaza.
Tabla 6. Filtro Estilo 1-Cierre y apertura rápida
Fuente: www.filterfab.com (2012)
Tabla 7. Filtro Estilo 2-Brida ciega con terminal elevado
Fuente: www.filterfab.com (2012)
Tabla 8 Filtro Estilo 3-Brida ciega con agarre elevado
Fuente: www.filterfab.com (2012)
Tabla 9 Filtro Estilo 4-Brida ciega con agarre hidráulico
Fuente: www.filterfab.com (2012)
Una vez elegido el tipo de filtro, se obtuvo de forma grafica el diseño
final.
g) Diseño y selección del sistema de separación
En la presente etapa se seleccionara y dimensionara un separador que
pueda manejar el volumen de líquido y gas que se estima se formará
durante la regulación de presión del gas, para ser considerado como
facilidad operativa, asociada al proyecto.
Para la selección y diseño se empleo la metodología indicada en la
norma PDVSA MDP-03-S-01 Tambores Separadores principios básicos.
Paso 1.- Obtención de la información de proceso y de la función que se
espera realizar.
Paso 2.- Definición del tipo de separador y de servicio. Para lo cual se
consulta la norma PDVSA MDP-03-S-03 y la tabla 11
Tabla 10 Tipos de Separadores
Fuente: Norma PDVSA MDP-03-S-01(1995)
Paso 3.- Indicar los criterios de diseño típicos para el servicio de acuerdo
a la selección del tipo de separador.
Paso 4.-Dimensionamiento del equipo a través del cálculo de:
Velocidad critica del vapor
Área de flujo de vapor requerida
Relación L/D
Volumen de retención de liquido en el equipo
Niveles Bajo-Bajo, bajo, alto, alto-alto del líquido.
Volumen del tambor
Paso 5.- Definición y dimensionamiento de las boquillas de entrada y
salida.
Para la aplicación de la metodología indicada para el diseño del equipo
se empleo una hoja de cálculo en Excel basada en la norma PDVSA Guía
de Ingeniería / Separadores Líquido – Vapor (PDVSA 90616.1.027) y la
GPSA.
h) Diseño y selección del sistema de almacenaje
En la presente etapa se dimensionó un acumulador de líquidos que
pueda manejar el volumen que se estima se formará durante la
regulación de presión del gas a 250 psig, durante un escenario de
contingencia.
En el diseño, se consideró que el desalojo del equipo se realizara a
través de un camión vacuum con una frecuencia de cada tres días, y
que el líquido ocupa el 85 % del volumen total del tanque.
i) Dimensionamiento del sistema de regulación
Esta etapa se presenta el dimensionamiento y la selección de las
Válvulas de Control de Presión que serán instaladas en la nueva ERP y
EMR de Cadafe - Coro; así como también el dimensionamiento de las
válvulas de control que serán instaladas en el desvío (By-pass) de los
trenes de regulación de cada estación.
Para la selección y dimensionamiento de la válvula se utilizo como guía
los pasos indicados en del manual de la GPSA.
A continuación se describen los pasos para el dimensionamiento de las
válvulas:
1.- Seleccionar la ecuación apropiada en base a las condiciones de
entrada del fluido disponible y sus unidades de medida. A continuación
se muestran las ecuaciones y sus unidades de medida.
Tabla 11 Ecuaciones Dimensionamiento de las Válvulas
Fuente: GPSA. (1998)
Tabla 12 Constantes Numéricas para ecuaciones de Flujo de Gas y Vapor
Fuente: GPSA. (1998)
2.- Se estima un Cv aproximado, basado en el valor de Xc de acuerdo al
tipo de válvula.
El valor de Xc se extrae de la tabla 13.
3.- Posteriormente se procede a calculas el Cv requerido y luego de la
tabla se toma un Cv mayor o igual al calculado.
Luego se utiliza el Xc correspondiente a este Cv y se calcula un nuevo
Cv realizando un proceso iterativo hasta alcanzar un valor igual al
listado.
Tabla 13 Valores típicos para Cv, Xc y Fl para válvulas.
Fuente: GPSA. (1998)
Por otra parte, se utilizo el programa comercial de la línea Masoneilan
ValSpeQ 3.85.0 para validar el diseño, considerando:
El porcentaje de apertura de las Válvulas de Control debe
estar entre el 17% y el 90%, según lo establece la Norma
Engineering Specification Control Valves, PDVSA-K-332.
Los niveles de ruido no deben exceder los 85 dB, según
Norma COVENIN 1565:1995.
j) Diseño y selección del sistema de medición
Para efectos de cuantificar el volumen de gas que será entregado desde
el gasoducto de 36” del Sistema de Transporte ICO hacia la Planta
Eléctrica CADAFE CORO, a través de la Estación de Medición y
Regulación, se requiere la instalación de un sistema de medición con un
registrador local (presión / flujo). Durante la evaluación para el
dimensionamiento y selección del medidor de flujo, se efectúo una
revisión bibliográfica de catálogos y documentación de fabricantes con el
fin de extraer las características principales de cada medidor, así como,
de sus ventajas y desventajas, para posteriormente realizar una matriz
de evaluación entre tecnologías.
La matriz de evaluación se efectuó siguiendo la metodología explicada
en el apartado 4.4.3.7.1, tomando las siguientes opciones:
Opción 1. Medidor Placa Orificio
Opción 2. Medidor Tipo Turbina
Opción 3. Desplazamiento Positivo
Opción 4. Medidor Ultrasónico
Opción 5. Medidor Coriolis
k) Propuesta final
Una vez diseñados cada uno de los equipos que abarcan la Estación de
Regulación primaria, la Estación de Medición y Regulación y la
interconexión entre ambas, se procedió a realizar un esquemático del
proceso empleando como herramienta de dibujo el programa
POWERPOINT.
Posteriormente se describió detalladamente la filosofía de operación de
la propuesta de interconexión.
6.5.3.3. Etapa 4. Determinar la factibilidad técnico-económica de la
instalación de la propuesta descrita.
Una vez desarrollada la propuesta, se procederá a determinar su
factibilidad económica, la cual consistirá en solicitar a la
Superintendencia de estimación de costos de la empresa, el estimado de
costos y efectuar la evaluación de la rentabilidad del proyecto, mediante
técnicas de evaluación económica y financiera comúnmente usados en
los estudios de factibilidad de proyectos de inversión, tales como: el
Valor Presente Neto (VPN) y la Tasa Interna de Retorno (TIR).
Los indicadores económicos VPN y TIR, serán determinados mediante el
programa de análisis económico utilizado en PDVSA para evaluar
proyectos denominado SEEPLUS.
Los lineamientos indicados en dicha herramienta son: inversión de
capital, ingresos, costos de mantenimiento, costos operacionales, precio
de venta del producto, la producción entre otros. Además se estima un
periodo de vida útil de 20 años y la tasa minima aceptable de retorno
(TMAR) de 15%.
CAPITULO IV
ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos a través de la
realización de este trabajo de grado, para dar respuestas a los objetivos
planteados en el problema, así como también el orden en que fueron
obtenidos los resultados, las fases que permitieron su realización y las
herramientas utilizadas para alcanzar los objetivos.
8.1. Describir las características técnicas y operacionales de la Planta
Eléctrica Cadafe-Coro
En la figura 20 se muestra de forma esquemática las características
técnicas y operacionales de la planta actual.
Figura 23. Características Técnicas y Operacionales Cadafe-Coro
Fuente: Steinkopf (2012)
8.2. Describir las características técnicas y operacionales del Sistema de
Transporte Gasoducto de Interconexión Centro Occidente (ICO).
Fuentes de suministro de gas
Entre las fuentes de suministro de gas se destacan:
Distrito Anaco – Producción 600 – 1100 Psig
Campos de producción de Guarico Gas 500 - 750 PSIG
Campos de producción de Cumarebo 500 - 1130 PSIG
Campos de producción de la Vela 500 - 1130 PSIG
Composición y Condiciones de operación
El gasoducto posee una capacidad de diseño de 520 MMPCND y de
operación de 450 MMPCND. La presión y temperatura máxima de
operación es de 1200 psig y 152 ° F. En la Tabla 14 se muestra la
composición del gas manejado por el gasoducto:
Tabla 14. Composición del Gas
Fuente: PDVSA (2011)
Hidrógeno (% molar) 0.100
Nitrógeno (% molar) 1,00 1.000 0.06 0.08
CO2 (% molar) 8,50 6.500 7.09 6.88
Metano (% molar) 80,00 80.000 84.25 81.83
Etano (% molar) 12,00 12.000 7.52 7.06
Propano (% molar) 3,00 3.000 0.70 2.23
I-Butano (% molar) -- -- 0.10 0.59
N-Butano (% molar) -- -- 0.13 0.78
I-Pentano (% molar) -- -- 0.04 0.22
N-Pentano (% molar) -- -- 0.03 0.13
Hexanos (% molar) -- -- 0.05 0.12
Heptanos (% molar) -- -- 0.02 0.06
Octanos (% molar) -- -- 0.01 0.03
Nonanos (% molar) -- -- 0.00 0.00
Decanos (% molar) -- -- 0.00 0.00
Undecanos + (% molar) -- -- 0.00 0.00
H2S (ppmv) 12,00 9 9.14 9.42
H2O (lb/MMPCE) 7 6,5 1.57 21.98
C4+ (% molar) 1,50 1,50 0.38 1.92
C5+ (% molar) 0,25 1
-- 0.15 0.56
Peso Molecular -- -- 19.48 20.53
GPM Total (C3+) -- -- 0.33 1.27
Poder Cal. Bruto (BTU/PCE) -- 1148.000 1016 1077
Gravedad Específica 0,75 -- 0.67 0.71
RESOLUCION
MENPET N° 162COMPONENTE / PARÁMETRO COVENIN
OPERACIÓN
NORMAL
OPERACIÓN
CONTINGENCIA
8.3. Desarrollar una propuesta de interconexión para el suministro de gas
desde el Gasoducto de Interconexión Centro Occidente (ICO) hasta la
Planta Eléctrica Cadafe Coro.
El desarrollo de la propuesta se inicio con el dimensionamiento de los
equipos y tuberías requeridos para lograr garantizar la entrega del gas a
las condiciones establecidas por el consumidor final (Planta Eléctrica
Cadafe -Coro).
8.3.1 Recolección de Datos.
8.3.1.1 Fuente de Suministro
La fuente de suministro será el gas proveniente del Sistema de
Transporte de Interconexión Centro - Occidente (ICO).
8.3.1.2 Escenarios de Presión
Los niveles de presión de operación que se manejan en la fuente de
suministro de gas y se emplearan en la evaluación son:
Presión Máxima de Operación……………1100 psig
Presión Normal de Operación.……….......1000 psig
Presión Mínima de Operación….……….….900 psig
Presión de Regulación Primaria……….. ….850 psig
Presión de Regulación de Entrega…………250 psig
8.3.1.3 Temperatura de operación
La temperatura inicial del gas en el gasoducto es de 84°F de acuerdo al
historial de comportamiento de presión del Gasoducto ICO.
8.3.1.4 Calidad del Gas
En la Tabla 14 se muestra el análisis cromatográfico del gas que se
empleará para la elaboración de la evaluación.
8.3.1.5 Requerimiento de Gas
El requerimiento de gas de la Planta Eléctrica es de 9 MMPCND (4,5
MMPCND por equipo) en condición de operación normal y de 27
MMPCND en caso de requerir gas como combustible para los cuatro
turbogeneradores duales gas-liquido (4,5 MMPCND por equipo).
Ambos requerimientos son a 250 psig de presión de entrada.
Para efectos del diseño se considera un adicional del 15% de volumen
suministrado, como respaldo de un incremento inesperado en un futuro,
para alcanzar un aproximado de 10.5 MMPCED en operación normal y de
31.5 MMPCED de capacidad máxima.
8.3.2 Diseño de la Infraestructura Requerida
La propuesta de diseño se baso principalmente en el diseño de la
interconexión de la fuente de suministro a una Estación de Regulación
Primaria (ERP), los equipos que conforman la Estación de Regulación
Primaria (ERP) y una Estación de Medición y Regulación (EMR), así
como, la interconexión entre ambas estaciones.
8.3.2.1 Ubicación de la Propuesta de Diseño.
Para definir la ubicación de la propuesta de diseño se efectúo una mesa
de trabajo con las gerencias involucradas y se realizó una visita al área
comprendida entre el Sistema de Transporte ICO Ø36" y la Planta
Eléctrica Cadafe-Coro.
La interconexión al Sistema de Transporte ICO Ø36" se efectuara a
través de una válvula de tapón manual Ø16" - ANSI 600 existente en la
Tanquilla Km - 7 (T de Coro).
Figura 24 Vista satelital facilidad de interconexión -T de Coro
Fuente: PDVSA (2011)
La nueva ERP Cadafe Coro estará ubicada aproximadamente a 35
metros de distancia en dirección Oeste con respecto a la Tanquilla de
Válvula Km 7 (T de Coro), disponiendo de un área de quince (15)
Tanquilla de
Interconexión
Tanquilla de
Interconexión
metros de ancho por siete con sesenta (7,60) metros de largo para la
construcción de la misma.
Figura 25. Ubicación Estación de Regulación Primaria (ERP)
Fuente: PDVSA (2011)
El Ramal de Interconexión estará ubicado entre las nuevas estaciones
ERP y EMR Cadafe Coro, a lo largo del terreno natural existente entre
ambas y retirado de la población aledaña, manteniendo la Franja
Protectora del Gasoducto, según Decreto de Área de Protección de Obra
Pública, sustentado en la Ley Orgánica para Ordenación del Territorio y
publicado en Gaceta Oficial.
Figura 26. Ramal de tubería de Interconexión
Fuente: PDVSA (2012)
La nueva EMR Cadafe Coro estará ubicada dentro de las instalaciones de
la Planta Eléctrica Cadafe Coro, disponiendo de un área de veinte (20)
metros de ancho por trece (13) metros de largo para la construcción de
la misma. En caso de requerir espacio adicional CADAFE permitirá
ampliar el perímetro de la estación diez (10) metros hacia el área frontal
de la instalación (Carretera Falcón – Zulia).
Figura 27. Ubicación estación de medición y regulación (EMR)
Fuente: PDVSA (2011)
EMR
AUTOPISTA
FALCÓN - ZULIA
EMREMR
AUTOPISTA
FALCÓN - ZULIA
EMR
ERP CADAFE CORO
EMR CADAFE CORO
ERP
CADAFE CORO
RAMAL DE TUBERÍA
Ø8” – 2,2 KM
GASODUCTO Ø36” ICO
TANQUILLA DE
INTERCONEXIÓN “T” DE
CORO
La facilidad existente en el Km 7 del Gasoduto ICO se encuentra ubicada
en el Gasoducto ICO, específicamente en el tramo que está entre las
estaciones N-90 (Quero) y N-91 (Coro), por lo cual durante la
evaluación hidráulica del arreglo propuesto para las nuevas estaciones
(ERP y EMR) y el ramal de interconexión, se considera como máxima
presión de operación del Gasoducto ICO 1100 psig, de acuerdo al
historial de presión que se registra en las estaciones N-91 (Coro) y N-
81A (Cumarebo).
8.3.2.2 Evaluación Hidráulica
La nueva ERP se alimentará de gas metano proveniente del Sistema de
Transporte de Gas Metano Gasoducto ICO, a partir de la facilidad
existente aproximadamente a 2,2 Km de Planta Eléctrica Cadafe Coro;
la salida de gas de la ERP es de 850 psig, aproximadamente y
alimentará a la EMR Cadafe Coro, donde se regulará la presión a 250
psig y se medirá el volumen de gas metano, el cual se requiere como
combustible en las Unidades de proceso de la Planta Eléctrica Cadafe
Coro.
Para diseñar las facilidades de tuberías, para el suministro de Gas a la
Planta Eléctrica, se empleo el simulador Pipephase, con el propósito de
determinar el diámetro de tubería requerido para el nuevo arreglo, bajo
las condiciones de operación, flujo y características del gas establecidas.
Los resultados obtenidos del diámetro de las tuberías durante la
evaluación hidráulica se mostraran de acuerdo a la sección a la que
pertenecen: La Estación de Regulación Primaria (ERP), La Estación de
Medición y Regulación (EMR) y el Ramal de Interconexión entre las
estaciones.
a) Estación de Regulación Primaria
Esta sección se evalúo para tres escenarios de presión, aguas arriba de
la ERP: 1100 psig, 1000 psig y 900 psig, de acuerdo a las presiones
manejadas actualmente en el Gasoducto ICO. La presión de regulación
es de 850 psig y el flujo de operación es de 10,5 MMPCED y el máximo
de gas es de 31.5 MMPCED.
Al variar el diámetro de la tubería se obtuvo que para un diámetro de
tubería en la estación de 6” se pueda manejar el fluido bajo los criterios
de velocidad establecidos para el diseño.
En las tablas 15,16,17 y 18 se presentan los resultados de las
velocidades alcanzadas en cada tramo de la estación, de lo cual se
destaca, que todas las velocidades a manejar se encuentran por debajo
de la velocidad máxima permitida y por debajo de los parámetros
máximos de velocidad establecidos por la AGA.
Tabla 15. ERP - Velocidades escenarios 1,3 y 5
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
T de Coro-Entrada ERP 7,1 47,81 7,9 50,25 8,89 53,47
Entrada tren de regulacion(6") 7,1 47,81 7,91 50,5 8,89 53,47
Salida Tren de Regulacion(6") 8,94 53,59 9,09 53,57 9,25 54,2
Salida Estacion 5,17 53,62 5,26 53,74 5,34 54,55
Tramos900
Flujo de Operación
Presion entrada ERP ( Psig)Operación Normal
1100 1000
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 16 ERP- Velocidades escenarios 7,9 y 11
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
T de Coro-Entrada ERP 6,94 46,08 7,74 48,78 8,73 51,64
Entrada tren de regulacion(6") 6,94 46,08 7,75 48,78 8,74 51,64
Salida Tren de Regulacion(6") 8,74 53,19 8,9 52,35 9,09 52,7
Salida Estacion 5,05 53,19 5,15 52,35 5,25 52,7
Presion entrada ERP ( Psig)
Flujo de Operación
1100Tramos
1000
Operación Contingencia
900
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 17. ERP-Velocidades escenarios 2,4 y 6
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
T de Coro-Entrada ERP 21,32 47,8 23,72 50,44 26,66 53,47
Entrada tren de regulacion(6") 21.33 47,8 23,73 50,44 26,73 53,47
Salida Tren de Regulacion(6") 26,71 47,84 27.40 54,88 27,89 55,24
Salida Estacion 15,57 47,9 15,84 54,9 16,12 55,3
Flujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
Tramos
Operación Normal
10001100 900
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 18. ERP-Velocidades escenarios 8,10 y 12
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
T de Coro-Entrada ERP 20,82 46,08 23,23 48,62 26,19 51,63
Entrada tren de regulacion(6") 20,85 46,08 23,27 48,62 26,26 51,63
Salida Tren de Regulacion(6") 26,13 51,81 26,64 52,27 27,4 52,85
Salida Estacion 15,23 51,9 15,53 52,27 15,84 52,85
Tramos
Operación Contingencia
1100 1000
Flujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
900
Fuente: Steinkopf (2012)
b) Interconexión ERP-EMR
Esta sección se evalúo para tres escenarios de presión, aguas arriba de
la ERP: 1100 psig, 1000 psig y 900 psig, de acuerdo a las presiones
manejadas actualmente en el Gasoducto ICO. Así mismo, la presión de
regulación es de 850 psig y el flujo de operación es de 10,5 MMPCED y
el máximo de gas es de 31.5 MMPCED.
Al variar el diámetro de la tubería se obtuvo que para un diámetro de
tubería en la interconexión de 8” se pueda manejar el fluido bajo los
criterios de velocidad establecidos para el diseño.
En las tablas 19,20,21 y 22 se presentan los resultados de las
velocidades alcanzadas en la interconexión, de lo cual se destaca, que
todas las velocidades a manejar se encuentran por debajo de la
velocidad máxima permitida y por debajo de los parámetros máximos de
velocidad establecidos por la AGA.
Tabla 19. Interconexión-Velocidades escenarios 1,3 y 5.
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Primer Tramo Ramal de Tuberia de 8" 5,3 53,65 5,34 54,25 5,38 54,71
Flujo de Operación
Presion entrada ERP ( Psig)
Tramos1100 1000 900
Operación Normal
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 20. Interconexión- Velocidades escenarios 7,9 y 11
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Ramal de Tuberia de 8" 5,2 52,35 5,24 52,63 5,29 52,85
Flujo de Operación
Presion entrada ERP ( Psig)
Tramos1100 1000 900
Operación Contingencia
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 21. Interconexión- Velocidades escenarios 2,4 y 6
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Primer Tramo Ramal de Tuberia de 8" 16 54,55 16,22 54,88 16,43 55,24
1100 1000Tramos
Operación NormalFlujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
900
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 22. Interconexión-Velocidades escenarios 8,10 y 12
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Ramal de Tuberia de 8" 15,68 52,63 15,93 52,99 16,16 52,37
Tramos
Operación ContingenciaFlujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
1100 1000 900
Fuente: Steinkopf (2012)
c) Estación de Medición y Regulación
Esta sección se evalúo para tres escenarios de presión, aguas arriba de
la ERP: 1100 psig, 1000 psig y 900 psig, de acuerdo a las presiones
manejadas actualmente en el Gasoducto ICO.
La presión de regulación en la ERP es de 850 psig y en la EMR es de 250
psig, el flujo de operación es de 10,5 MMPCED y el máximo de gas es de
31.5 MMPCED.
Se evaluó la colocación de un separador vertical y un medidor de flujo
tipo placa orificio.
Al variar el diámetro de la tubería se obtuvo un diámetro de tubería de
6” para el tramo correspondiente al cabezal de entrada y el tren de
regulación, mientras que, el tren de separación, medición y almacenaje
requiere una tubería de 8”de diámetro, para manejar el fluido bajo los
criterios de velocidad establecidos para el diseño.
En las tablas 23,24,25 y 26 se presentan los resultados de las
velocidades alcanzadas en cada tramo de la estación, de lo cual se
destaca, que todas las velocidades a manejar se encuentran por debajo
de la velocidad máxima permitida y por debajo de los parámetros
máximos de velocidad establecidos por la AGA.
Tabla 23. EMR- Velocidades escenarios 1,3 y 5
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Entrada a la estacion 5,3 54,35 5,34 54,52 5,38 52,85
Entrada tren de regulacion(6") 9,17 54,35 9,24 54,52 9,31 52,85
Tren de Regulacion 30,06 98,82 30,53 98,24 30,75 99,5
Salida Tren de Regulacion(6") 30,35 98,82 30,55 98,24 30,77 99,5
Entrada del tren de separacion ( 8") 17,57 98,91 17,68 97,63 17,81 99,5
Salida del tren de separacion ( 8") 17,58 98,91 17,69 97,64 17,82 99,5
Entrada de tren de medicion ( 8") 17,63 99,06 17,73 97,87 17,85 100
Salida del tren de medicion ( 8") 17,66 99,06 17,76 97,87 17,89 100
Flujo de Operación
Presion entrada ERP ( Psig)Operación Normal
Tramos1100 1000 900
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 24. EMR- Velocidades escenarios 2,4 y 6
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Entrada a la estacion 5,2 52,35 5,24 52,63 5,29 52,85
Entrada tren de regulacion(6") 9 52,35 9,07 52,63 9,15 52,85
Tren de Regulacion 29,99 52,35 30,19 52,63 30,42 52,85
Salida Tren de Regulacion(6") 30 52,35 30,2 52,63 30,44 52,85
Entrada del tren de separacion ( 8") 17,37 52,35 17,49 52,63 17,62 52,85
Salida del tren de separacion ( 8") 17,38 97,03 17,5 97,08 17,63 96,67
Entrada de tren de medicion ( 8") 17,43 97,03 17,54 97,08 17,67 96,67
Salida del tren de medicion ( 8") 17,47 97,03 17,58 97,08 17,7 96,67
Presion entrada ERP ( Psig)Operación Contingencia
Flujo de Operación
Tramos1100 1000 900
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 25. EMR- Velocidades escenarios 7,9 y 11
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Entrada a la estacion 16,01 54,55 16,23 54,88 16,43 55,24
Entrada tren de regulacion(6") 27,71 54,55 28,08 54,88 28,44 55,24
Tren de Regulacion 88,25 97,59 89,32 98,05 90,38 99,01
Salida Tren de Regulacion(6") 88,38 97,59 89,45 98,05 90,44 99,01
Entrada del tren de separacion ( 8") 51,34 97,59 51,97 98,05 52,58 99,01
Salida del tren de separacion ( 8") 51,33 97,59 51,96 98,05 52,57 99,01
Entrada de tren de medicion ( 8") 51,57 98,53 52,19 99,01 52,81 99,5
Salida del tren de medicion ( 8") 52,16 98,53 52,79 99,01 53,43 99,5
1100 1000
Operación NormalFlujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
900Tramos
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 26. EMR- Velocidades escenarios 8,10 y 12
V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg) V(ft/seg) Vmax(ft/seg)
Entrada a la estacion 15,68 52,63 15,53 52,99 15,84 52,37
Entrada tren de regulacion(6") 27,13 52,63 27,56 52,99 27,97 52,37
Tren de Regulacion 87,07 52,63 88,28 52,99 89,39 52,37
Salida Tren de Regulacion(6") 87,26 52,63 88,38 52,99 89,58 52,37
Entrada del tren de separacion ( 8") 50,73 52,63 51,44 52,99 52,07 52,37
Salida del tren de separacion ( 8") 50,72 95,23 51,43 95,34 52,11 96,67
Entrada de tren de medicion ( 8") 50,96 96,15 51,67 96,22 52,31 96,67
Salida del tren de medicion ( 8") 51,57 96,15 52,29 96,22 52,95 96,67
Operación ContingenciaFlujo Maximo
Presion entrada ERP ( Psig)
1100 1000 900Tramos
Fuente: Steinkopf (2012)
8.3.2.3 Diseño mecánico de las tuberías
a) Presión de diseño
En las instalaciones a construir el servicio a prestar será gas natural y se
manejarán tres (3) escenarios de presión: 1100 psig, 850 psig y 250
psig. Según la norma PDVSA H-221 “Materiales para Tuberías” (ASME B
31.3 Piping Process), se establecieron las especificaciones para cada
escenario de presión: para los valores de presión comprendidos entre
850 psig y 1100 psig, la especificación será designada DA1 y para 250
psig la especificación se tomará BA1.
Para la especificación BA1, las tuberías de diámetros comprendidas
entre 2 pulg y 10 pulg serán Sch STD y para la especificación DA1 las
tuberías de diámetros comprendidas entre 4 pulg y 8 pulg serán Sch XS.
De acuerdo con la norma ASME B31.8 la presión de diseño requerida
para los sistemas de tuberías de gas, debe ser determinada a través de
la siguiente ecuación:
TEFD
ctSP ***
)(**2
Ec.(6)
Donde:
P= Presión de diseño, psig.
S= Tensión mínima de Fluencia especificada, psig. (Ver Apéndice D
del ASME B 31.8)
t= Espesor nominal de pared de tubería, pulg.
F= Factor de diseño (ver tabla 841.114A de la ASME B31.8)
E= Factor de junta longitudinal (ver tabla 841.115A de la ASME
B31.8).
T= Factor de disminución de temperatura (ver tabla 841.116A de la
ASME B31.8)
D= Diámetro nominal exterior de la tubería, pulg.
c= Sobre espesor por corrosión y esfuerzos mecánicos, pulg.
(PDVSA H-221)
Para las tuberías aéreas a instalar en la nueva ERP Cadafe Coro y nueva
EMR Cadafe Coro se aplica la Norma ASME B31.3, mientras que para el
Ramal de Interconexión entre ambas estaciones se aplica la Norma
ASME B31.8, seleccionando un factor de diseño de 0.6 para una
localidad Clase 2.
El factor de junta longitudinal es de 1, y el factor de disminución de
temperatura es igualmente 1.
Para todos los casos el sobre espesor por corrosión es de 0.0625 pulg.
A continuación se muestran los resultados de la presión de diseño:
ERP y EMR
Tubería de acero Ø8”, Sch XS, t=0.500 pulg.…..……....P= 3213 psig
Tubería de acero Ø6”, Sch XS, t=0.432 pulg……….…...P= 3534 psig
Tubería de acero Ø8”, Sch STD, t=0.322 pulg.………....P= 1854 psig
Tubería de acero Ø6”, Sch STD, t=0.280 pulg.………….P= 2014 psig
Ramal de Interconexión
Tubería de acero Ø8”, Sch XS, t=0.500 pulg.…..……....P= 2130 psig
Sin embargo, estos valores se encuentran restringidos por equipos,
válvulas y accesorios de tuberías que conforman el sistema, las cuales
están regidas por el código de servicio DA1 (límite de presión de 1480
psig) y BA1 (limite de presión de 740 psig) según Norma PDVSA H-221,
y por las presiones de diseño de los equipos.
b) Temperatura de Diseño
De acuerdo con la Norma PDVSA MDP-01-DP-01. Manual de Diseño de
Proceso. Criterio de Diseño. Temperatura y Presión de Diseño, la
temperatura de diseño para la selección de tuberías, accesorios y
equipos de las instalaciones debe ser como mínimo 50ºF superior a la
temperatura máxima de operación existente en el proceso, pero en
ningún caso inferior que la máxima temperatura en casos de
emergencia, como falla de servicios, bloqueo de operación, falla de
instrumentos, entre otros.
La máxima temperatura de operación para el arreglo mecánico del
sistema es de 90ºF por tal motivo la temperatura de diseño de tuberías
será de 140ºF.
8.3.2.4 Análisis de formación de Líquidos e Hidratos
Es de vital importancia evitar la formación de hidratos y líquidos en las
tuberías, ya que; esto trae como consecuencia: taponamiento de
tuberías, válvulas y problemas en equipos rotativos. Al definir los
equipos que se deben diseñar para su remoción e inhibición, se requiere
verificar su posible ocurrencia de formación.
Para la evaluación del arreglo de tuberías propuesto se realizó el análisis
de cada uno de los escenarios planteados en la evaluación hidráulica
utilizando el simulador Pipephase y HYSYS, cuyos resultados se
muestran en la tabla 27.
Tabla 27. Formación de Líquidos e Hidratos
Condición de la
Calidad del GasEscenarios
Flujo de Gas
(MMPCED)
Presion de
Operación
( Psig)
Cantidad de líquido
formado ( ERP)
Regulacion 850 psig
Cantidad de Líquido
Formado en (EMR)
Regulacion 250 psig
( Barriles/dia)
Cantidad de Agua
Formada en (EMR)
Regulacion 250 psig
( Barriles/dia)
Formacion de
Hidratos
1 10,5 1100 0 0 0 No
2 31,5 1100 0 0 0 No
3 10,5 1000 0 0 0 No
4 31,5 1000 0 0 0 No
5 10,5 900 0 0 0 No
6 31,5 900 0 0 0 No
7 10,5 1100 0 19,61 0,312 Regulación de 250
8 31,5 1100 0 58,84 0,9359 Regulación de 250
9 10,5 1000 0 13,49 0,1977 Regulación de 250
10 31,5 1000 0 40,47 0,5931 Regulación de 250
11 10,5 900 0 8,266 4,97E-02 Regulación de 250
12 31,5 900 0 24,8 0,1493 Regulación de 250
Operación
Normal
Operación
Contingencia
Fuente: Steinkopf (2012)
Como se puede observar, la única posible ocurrencia de formación de
líquidos e hidratos, se originara en caso de que la calidad del gas a
suministrar por la fuente sea bajo el escenario de contingencia, en la
Estación de Medición y Regulación, luego de la regulación de presión de
850 a 250.
La probabilidad de ocurrencia de este evento es casi nula, sin embargo,
se efectuó el diseño de los equipos en base a su ocurrencia.
Al presentarse la formación de líquidos e hidratos se requiere diseñar un
sistema de separación y de calentamiento o inhibición.
8.3.2.5 Diseño y selección del sistema de calentamiento o inhibición de hidratos
a) Selección de la alternativa
Al comparar las alternativas entre la Opción 1. Instalación de un
sistema de calentamiento y la Opción 2. Un sistema de inhibición de
hidratos, la opción seleccionada fue la instalación de un sistema de
inhibición, como se puede observar en la tabla 28.
Tabla 28. Matriz de evaluación Sistema de calentamiento vs Inhibición
RELATIVO PONDERADO PUNTUACION EVALUACION PUNTUACION EVALUACION
SEGURIDAD 15 13,64 3 40,91 4 54,55
MANTENIMIENTO 20 18,18 2 36,36 4 72,73
TÉCNICO 20 18,18 3 54,55 4 72,73
ECONÓMICO 20 18,18 2 36,36 4 72,73
OPERABILIDAD 20 18,18 2 36,36 4 72,73
CONSTRUCTIBILIDAD 15 13,64 2 27,27 4 54,55
TOTAL 110 100 14 195,45 24 327,27
CRITERIOPESO OPCION 1 OPCION 2
Fuente: Steinkopf (2012)
El sistema de inhibición presenta las siguientes ventajas sobre el
sistema de calentamiento:
Menor costo de inversión inicial
No requiere de servicios adicionales, como electricidad, agua u
otros fluidos de los cuales no se tiene disponibilidad en el área
No requiere de mantenimiento continuo
Aplicación solo en el momento requerido (al ocurrir una
contingencia)
b) Selección y cálculo de la cantidad de inhibidor a inyectar
Tomando en consideración lo indicado en la GPSA se realizara el cálculo
de requerimiento de Metanol y Etlienglicol al 80%.
La cantidad de agua condensada por día se tomara del escenario mas
critico el cual corresponde al escenario 8.
Cantidad de Agua = 13.63 lb/hr = 327,12 lb/dia
Temperatura de Formación de Hidrato = 41,51 ° F
Temperatura de la Línea = 22,47 ° F
D = 41,51-22.47 = 19.04 °F
MW = 32
)1(
*2335
II
i
XMW
XD
= XI = 0,8
Luego calculando la cantidad de inhibidor metanol a un 100 %.
dialbXX
MXm
RL
OHR
I /481,13088.01
12,327*8.02
Calculando las pérdidas de metanol por vaporización de la figura 20-51
de la GPSA:
A 22,47°F y 250 psi = 1,4 lb/MMscf/wtMeOH
Flujo perdidas = 1,4*80*35 = 3920 lb/dia
Calculando las pérdidas de metanol en la fase liquida de la figura 20-52
de la GPSA:
A 22,47°F y 80 = 0,6 %mol
Moles totales a Inyectar: 3920 + 1308,481 = 5228,41 lb/dia
Debido a que el metanol es muy volátil se pueden presentar una
cantidad considerable de perdidas por vaporización, por lo cual, se
estimara el calculo para etilenglicol al 80%.
Luego calculando para etilenglicol
MW = 62
)1(
*2335
II
i
XMW
XD
= XI = 0,66
dialbXX
MXm
RL
OHR
I /13,154266.08.0
12,327*66.02
Para el caso de etilenglicol se consideran perdidas despreciables.
El inhibidor a utilizar en la estación de medición y regulación (EMR) será
el Metanol, debido a:
Las perdidas por vaporización no afectan el proceso debido a que
es un combustible y su aplicación no es recurrente.
Es de menor costo.
8.3.2.6 Selección del sistema de filtrado
Se utilizara un filtro tipo cartucho para eliminar las partículas sólidas de
la corriente gaseosa por requerimiento particular del custodio de la
futura instalación. Dicho filtro se utiliza también para eliminar las
partículas líquidas, instalando cartuchos particulares denominados
coalescentes.
En este caso las partículas líquidas presentes en el gas en forma de
niebla quedan bloqueadas por las fibras de los cartuchos y se aglomeran
por coalescencia en gotas de dimensiones cada vez mayores,
precipitándose hacia la parte baja del filtro por la gravedad.
Los elementos filtrantes están constituidos por una serie de cartuchos
de fibra de vidrio u otro material dispuestos en paquetes.
La eficiencia de filtrado de estos equipos es del 99,5% para partículas
sólidas con un diámetro igual o superior a 3 micras.
Para la selección del filtro se utilizo el catalogo del fabricante filterfab
(ver anexo 2), siguiendo el procedimiento siguiente:
1.- Se inicia elaborando el número del modelo, para lo cual se requiere
conocer el diámetro de la tubería y la presión.
La primera letra corresponde al modelo del fabricante para el tipo de
filtro, el numero que le sigue corresponde al diámetro de la tubería,
luego se coloca un guion, seguidamente la presión y luego la letra F si el
filtro será bridado y una T si será soldado.
En la tabla 29 se muestra el modelo de filtro para cada estación.
Tabla 29. Modelos de Filtros
ESTACION DIAMETRO (PULG) PRESION (PSI) MODELO
ERP 6 1480 F6-1480F
EMR 6 1480 F6-1480F
Fuente: Steinkopf (2012)
2.- Una vez indicado el modelo se procede a verificar que el modelo
formulado es capaz de manejar los flujos de diseño requeridos, tabla 5.
Los filtros del modelo seleccionado puede manejar hasta una capacidad
máxima de 5.5 MMPCEH, de acuerdo con la tabla 5. Por tanto la
capacidad máxima de flujo de 31,5 MMPCED (1,31 MMPCEH) puede ser
manejada.
3.- Finalmente con el modelo seleccionado se procede a seleccionar el
tipo de filtro entre las cuatro opciones ofrecidas, las cuales se diferencia
en el sistema de cierre y de la carcaza (Ver tablas 6, 7, 8 y 9).
De acuerdo al modelo el tipo de filtro seleccionado es el tipo 3.En la
figura 28 se muestra un diagrama del modelo del filtro diseñado.
Figura 28. Diseño de Filtro ERP y EMR
Fuente: FilterFab (2012)
8.3.2.7 Diseño y Selección del sistema de separación y almacenaje
a) Diseño y Selección del sistema de separación
Una vez realizada la evaluación hidráulica se detectó la formación de
líquidos en el proceso aguas abajo del sistema de regulación de la EMR
Cadafe Coro, específicamente para los casos evaluados de operación en
contingencia, ya que; ocurre una disminución brusca de la presión
(expansión del gas que origina una disminución súbita de la temperatura
generando enfriamiento en el gas y por consiguiente la condensación de
hidrocarburos) que va desde 850 a 250 psig, por lo cual surge la
necesidad de instalar un Separador Gas – Líquido en dicha EMR, para
evitar fallas mecánicas y de procesos aguas abajo del sistema por el
posible arrastre de líquidos y evitar la entrega al cliente de un gas fuera
de especificaciones de calidad.
De acuerdo a lo obtenido en la simulación de proceso para el escenario
mas critico (escenario 8), el caudal generado de líquidos es de 59,78
BPD.
En la tabla 30 se presenta el dimensionamiento del separador vertical
que puede manejar el volumen de líquido y gas que se estima se
formará durante la regulación de presión del gas, tomando en cuenta las
buenas prácticas de Ingeniería.
En el diseño se consideraron las siguientes premisas:
El valor de “k”, en Separadores Verticales y Depuradores debe
cumplir la siguiente relación:
WL/WG 0.1 K=0.35
0.1 WL/WG 1.0 K=0.25
WL/WG 1.0 K=0.20
Donde:
WL = Tasa de flujo de líquido, lb/seg.
WG = Tasa de flujo de gas, lb/seg.
La relación económica L/D (Longitud Costura-Costura/ Diámetro)
del recipiente debe estar en el rango 2.5 hasta 6.
La velocidad de la mezcla en la boquilla de entrada debe ser
menor a 30 pie/seg (9 m/seg).
La velocidad del Gas en la boquilla de salida debe ser 60 - 90
pie/seg (18 - 27 m/seg).
La velocidad del Líquido en la boquilla de salida debe ser un
máximo 3 pie/seg (1 m/seg).
El Tiempo de Retención adecuada para separar las fases deben
cumplir con un mínimo de:
o 1.5 minutos para destilados y petróleo crudo con gravedad
de 40° API o mayor
o 3 minutos para petróleos crudos que sean considerados “no
espumosos” a condiciones operacionales y con gravedad API
entre 25° y 40° API.
o 5 minutos para petróleos crudos que sean considerados
“espumosos” con gravedad API por debajo de 25° API.
La presión de diseño del separador se estableció como 1.15 veces
la Presión de Operación.
Para el cálculo del espesor de la pared del separador, se emplo la
siguiente ecuación establecida en la ASME Sección VIII Div 1:
t = PR / (S E - 0.6 P)
Donde:
t = espesor del recipiente o carcasa (pulgadas, pulg)
Pdis = Presión de Diseño (psig)
R = Radio del recipiente o carcasa, Diametro/2 (pulgadas, pulg).
S = Esfuerzo permisible de fluencia del material (S = 17500 psi
para el acero ASTM A-516-70, tomado de la tabla Properties
Materials Carbon and Low Alloy Stell del Pressure Vessel Handbook
de Eugene F. Megyesy )(Pag. 149).
E = Eficiencia de la Junta, (1.0 para juntas 100% radiografiadas)
C.A.= 0.125 pulg (corrosión allowance = tolerancia por corrosión)
El espesor total a requerir será ttotal = (t + C.A.), luego se
aproxima al espesor comercial de lámina superior.
El espesor de los cabezales se estableció de igual espesor que el
recipiente a pesar de que los casquetes resisten mayor presión
que la carcasa por su forma geométrica.
El dimensionamiento del equipo y el cálculo de los diámetros de
las boquillas se realizó empleando una hoja de cálculo en Excel
basada en la GPSA y la norma PDVSA Separadores Líquido –
Vapor (PDVSA MDP-03-S-01 y 03). En la Tabla 30 y en la Figura
29 se muestran las dimensiones del nuevo equipo.
Tabla 30. Dimensiones Separador Vertical
Datos Generales
Presion de Operación (Psig) 250 Tiempo de Retencion (min) 1,50
Temp de Operación ( °F) 22,47 Diametro Seleccionado (pulg) 44
Presion de Diseño (psig) 287,5 Longitud seleccionada ( pies) 8
Diametro Boquilla de entrada seleccionada ( pulg) 12
Diametro Boquilla de salida de gas seleccionada ( pulg) 8
Diametro Boquilla de salida de liq seleccionada ( pulg) 2
Espesor (pulg) 0,5
Flujo Total (BPD) 59,78 Flujo Total (MMPCED) 31,5
Densidad del liquido (lb/pie3) 41,36 Densidad @P,T (lb/pie3) 1,134
Flujo Volumetrico @ P, T (pie3/seg) 0,00410407 Flujo Volumetrico @P,T (pie3/seg) 17,257006
Flujo Masico @ P, T (lb/seg) 0,16974444 Flujo Masico @ P,T ( lb/seg) 19,569444
API 83,95
Relacion de Flujos Wl/Wg 0,00867395 Tiempo (min) °API
Factor de Diseño K 0,35 1 1/2 ≥ 40
Velocidad terminal de la particula ( pie/seg) 2,0845626 3 25 - 40
Velocidad del gas (pie/seg) 1,66765008 5 ≤25
Area seccion transversal del recipiente (pie2) 10,3480975
Diametro Minimo requerido (pie) 3,62981765
Diametro Seleccionado (pulg) 43,557812
Area Seccion transversal seleccionada (pie2) 10,559267 Volumen de retencion de liquido (pie3) 0,37
Calculo de la Altura del liquido en el recipiente NAL-NBL (pie) 0,0349803
Volumen de emergencia (pie3) 2,4624436
Densidad de la mezcla (lb/pie3) 1,142 Volumen de retencion maximo de liquido (pie3) 2,83
Velocidad de entrada en la boquilla ( pie/seg) 23,3941331 Calculo de la Altura del liquido en el recipiente NAAL-NBBL (pie) 0,2681825
Diametro Boquilla de entrada sencilla (pulg) 11,6309898 Calculo de la Altura fondo hasta NAAL (pie) 1,0181825
Diametro Boquilla de entrada distribuidor (pulg) Altura desde NAAL hasta boquilla de entrada ( pie) 1
Velocidad de salida de la boquilla de gas ( pie/seg)60-90 70 Altura boquilla de entrada Tangente superior (pie) 3
Diametro Boquilla Salida de gas (pulg) 6,72309888 Longitud efectiva(pie) 6,0181825
Velocidad de salida de la boquilla de liquido ( pie/seg) 3 Longitud Tangente-Tangente(pie) 7,3683137
Diametro Boquilla de salida de liquido (pulg) 1,57337983 L/D 2,0095401
Calculo Factor de Diseño K
0< Wl/Wg <0,1 k=0,35 Espesor Total ( pulg) 0,4900267
0,1< Wl/Wg <1 k=0,25 Espesor ( pulg) 0,3650267
1< Wl/Wg k=0,20 Radio del recipiente (pulg) 22
Esfuerzo permisible de fluencia del material, S(psi) 17500
Tolerancia por corrosion, C.A 0,125
Eficiencia de la Junta, E 1
Calculo de los espesores
Calculo de las Boquillas
Calculo de la Altura
Datos del GasDatos del Liquido
Calculo Tiempo de Retencion
HOJA DE CALCULO SEPARADORES VERTICALES
DISEÑO DE PROCESOS
Condiciones de Operación Dimensiones
Calculo del Diametro
Fuente: Steinkopf (2012)
En la tabla se muestran los resultados obtenidos en color rojo,
mientras los datos introducidos se reflejan en color azul.
Figura 29. Esquemático Separador Vertical
Fuente: Steinkopf (2012)
b) Diseño del sistema de almacenaje
Debido a la formación de líquidos generados en el proceso aguas abajo
del sistema de regulación de la EMR Cadafe Coro, específicamente para
los casos evaluados de operación en contingencia, fue necesario realizar
el diseño de un tanque de almacenamiento para los líquidos retenidos
en el separador gas – líquido de dicha EMR, para posteriormente ser
trasladados a través de un camión vacuum hasta su disposición final.
Durante la evaluación se consideraron las siguientes premisas:
De acuerdo a lo obtenido en la simulación de proceso, el caudal
generado de líquidos es de 59,78 BPD.
El Tanque de almacenamiento debe tener la capacidad de recibir el
volumen de líquido generado en un periodo de aproximadamente
3 días de operación bajo el escenario de contingencia.
La presión de diseño del tanque de almacenamiento se estableció
como 250 psig.
Se tomara un diámetro de 72” para el separador.
El tanque de almacenamiento será un recipiente a presión
horizontal.
El volumen máximo de líquidos a ser almacenado en el tanque
será equivalente al 85 % del volumen total del tanque.
Considerando un tiempo de días para almacenaje de los líquidos, se
tiene que:
VLíquido = QLíquido x tAlmacenamiento
VLíquido = 59,78 BPD x 3 Días = 179,34 BBL = 1036,50 ft3
Y de acuerdo a las premisas establecidas
VLíquido = 0,85 VRecipiente
Vrecipiente = 0,85 x 1036,50 ft3 = 881,025 ft3
Por otra parte, el volumen del recipiente es:
Vrecipiente = Vcilindro + Vcasquetes
Vrecipiente = π x r2 x Lrecipiente + Vcasquetes
El Volumen de los casquetes se obtiene a través de una formula indicada
el Manual del Ingeniero Químico Perry Tabla 6-51.
Donde para un acumulador de casquetes elipsoidales estándar:
24
3DVcasquetes
Donde:
V = Volumen del Casquete (ft3)
D= Diámetro del cilindro (ft)
33
27,2824
)12/72(ftVcasquetes
Despejando Lrecipiente, nos queda:
ftr
VVL
casquetesrecipiente
recipiente 16,29)12/36(
27,282025,88122
Luego se estima la relación L/D hasta lograr un valor menor a 5
L/D = 29,16/6=4,8
8.3.2.8 Diseño y selección del sistema de regulación de presión
a) Selección de la Válvula de Control
Durante la selección de una válvula de control se involucran diversos
factores, entre los que se destacan las características del fluido y el
cuerpo de la válvula.
Los cuerpos de válvulas mas comúnmente aplicado para fines de
regulación de presión son las válvulas de globo, aunque actualmente
muchos fabricantes especializados proponen en el mercado válvulas de
mariposa y bola que ofrecen los mismos beneficios que las válvulas de
globo.
Para el diseño propuesto se seleccionara para el cuerpo de la válvula
tanto para la Estación de Regulación Primaria como para la Estación de
Medición y Regulación, las válvulas de tipo globo, por presentar mayor
versatilidad, economía y facilidad de operación y mantenimiento, para
los operadores de la instalación.
En referencia a las características del fluido, este involucra la relación
que existe entre la cantidad de flujo que pasa a través de la válvula y su
porcentaje de apertura.
Existen tres tipos de curvas de flujo características, entre las que se
destacan las de apertura rápida, las de comportamiento lineal y las de
igual porcentaje.
Las de apertura rápida son aplicables para servicios de apertura y cierre
y en algunos casos las de comportamiento lineal.
Las de comportamiento lineal se aplican principalmente cuando se
requiere controlar el nivel de líquido en un recipiente y para servicios de
control de presión en los cuales se requiere una ganancia de presión
constante.
Las válvulas con comportamiento de flujo de igual porcentaje son las
usualmente aplicables para servicios de control de presión.
En base a la aplicabilidad se seleccionara la válvula de comportamiento
de flujo de igual porcentaje.
b) Dimensionamiento de la Válvula de Control
Para el dimensionamiento de la válvula se aplico el procedimiento
planteado en la GPSA. Este dimensionamiento se orienta al cálculo del
Cv de la válvula y por tanto al diámetro de la válvula a las condiciones
de operación.
A continuación se muestran los resultados obtenidos del cálculo:
Tabla 31. Diseño de la válvula de control de la ERP
Pentrada ( Psia) 1114,7
Psalida (Psia) 864,7
K 1,37
q (scfh) 1312500
Fp 1
M 19,48
Z 0,8203
T (R) 543,67
Y 0,884249124
Fk 0,978571429
X 0,22427559
Xc(asum) 0,66
Cv 35,80247947
Datos de Entrada
Resultados
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 32. Diseño de la válvula de control de la EMR
Pentrada ( Psia) 864,7
Psalida (Psia) 264,7
K 1,37
q (scfh) 1312500
Fp 1
M 19,48
Z 0,8388
T (R) 529,67
Y 0,641880417
Fk 0,978571429
X 0,693882271
Xc(asum) 0,66
Cv 36,07880338
Datos de Entrada
Resultados
Fuente: Steinkopf (2012)
Posteriormente se selecciona en la tabla una válvula con un Cv superior,
se seleccionara una válvula de 3”, Cv 66 debido a la facilidad de
adquisición comercial con respecto a la de 2 ½”, para ambas estaciones.
Por otra parte, se utilizo el programa comercial de la línea Masoneilan
ValSpeQ 3.85.0 para validar el diseño, considerando:
El porcentaje de apertura de las Válvulas de Control debe estar
entre el 17% y el 90%, según lo establece la Norma Engineering
Specification Control Valves, PDVSA-K-332.
Los niveles de ruido no deben exceder los 85 dB, según Norma
COVENIN 1565:1995.
En las figuras 30 y 31 se presentan los resultados obtenidos.
Figura 30. Válvula de Control ERP
Fuente: ValvSpeq (2012)
Figura 31. Válvula de Control EMR
Fuente: ValvSpeq (2012)
De acuerdo a los resultados obtenidos, se instalaran en ambas
estaciones: Dos (2) válvulas de control de 3” ANSI 600, una principal y
una de respaldo.
8.3.2.9 Diseño y selección del sistema de medición de flujo
a) Selección del sistema de medición
Con la finalidad de cuantificar el volumen de gas que será entregado
desde el gasoducto de 36” del Sistema de Transporte ICO hacia la
Planta Eléctrica CADAFE CORO, a través de la Estación de Medición y
Regulación, se requiere la instalación de un sistema de medición de
flujo.
La selección del sistema de medición de flujo, se realizo a través de la
aplicación de una matriz de evaluación, en la cual se evaluaron aquellos
medidores de flujo que de acuerdo a la AGA son los más comúnmente
utilizados en la industria del gas.
Entre las opciones se destacan:
Opción 1. Medidor Placa Orificio
Opción 2. Medidor Tipo Turbina
Opción 3. Desplazamiento Positivo
Opción 4. Medidor Ultrasónico
Opción 5. Medidor Coriolis
Como insumo para la aplicación de la matriz se genero una tabla de
ventajas y desventajas. En la tabla 33 se muestran los principales
medidores de flujo.
Tabla 33. Ventajas y Desventajas-Medidores de flujo de gas
TIPO DE MEDIDOR DE FLUJO VENTAJAS DESVENTAJAS
* No ocasiona pérdida de carga. * Su precisión no es muy alta.
* No tiene partes móviles. * Su costo es relativamente alto.
* No influye el diámetro de la tubería, ni en su costo, ni en
su rendimiento.
* Ideal para la medición de materiales tóxicos o peligrosos.
* Salida lineal con el caudal.
* Su rango de medición es muy amplio.
* En tuberías de gran diámetro es el más económico, y en
ciertos casos, el único.
* Aplicable en caso de manejo de moderada a alta presion y flujo.
* Precision 0,25%
* Su instalación es muy simple y económica.
* Su salida es lineal con el flujo másico. * Es muy voluminoso.
* No requiere compensación por variaciones de temperatura * No es apto para caudales elevados.
* Es adecuado para casos de viscosidad variable * Se aplica para fluidos viscosos, sucios corrosivos
* Mantenimiento casi nulo lo que abarata su costo * Su costo es relativamente alto .
* Permite la medición de caudales másicos de líquidos
difíciles de medir: adhesivos,nitrógeno liquido, etc.
* Es el instrumento más preciso disponible para medir
caudal.
* Al tener piezas móviles que giran sobre rodamientos, el desgaste suele
ser el problema principal de la turbina.
* Es lineal sobre un muy amplio rango de caudales.
* Rápida respuesta y excelente repetibilidad. * Es un instrumento delicado en comparación con otros caudalímetros.
* Fácil interface a sistemas de computación. * Cualquier exceso de velocidad puede dañar sus rodamientos.
* Operación sobre un muy amplio rango de temperaturas y
presiones.
* Es caro y su costo aumenta desmedidamente con el tamaño de la
turbina.
* Aplicable tanto para liquidos livianos como para gases* Requiere que el flujo a medir sea limpio y tenga propiedades
lubricantes.
* Alta exactitud a altas presiones y condiciones criticas de
temperatura* Alto costo de mantenimiento.
* Aplicable en caso de manejo de moderada a alta presion y flujo.* No es utilizable en fluidos de alta viscosidad, ni con arrastre de solidos
* Variabilidad en el rango de 30:1* Genera una apreciable caida de presion pero menos que la placa orificio
* Exactitud entre el 0,25% hasta 1%
* Aplicable a moderada a alta presion * Requieren de una seccion recta de 5 a 30 D aguas arriba y aguas abajo.
* Exactitud de 0,5 % * No se puede aplicar con fluidos abrasivos o que arrastren particulas solidas.
*Es económico.
* El coeficiente de descarga puede cambiar con el tiempo debido al
desgaste y la acumulación de suciedad.
* Facilmente reemplazable para ajustar a varias ratas de flujo.* Altas caidas de presion del 40% al 80%
* Ampliamente utilizado y de tecologia reconocida * Se puede obstruir reduciendo el tamaño del orificio
* Aplicable en caso de manejo de baja presion y flujo en
caso del Diafragma * Ocasiona una perdida de presion permanente
* Exactitud del 1% * Altas caidas de presion.
* Tiene baja friccion y es de bajo mantenimiento.
* Aplicable en caso de manejo de moderado flujo y desde
baja hasta alta presion.
MEDIDOR ULTRASONICO
CORIOLIS(MEDIDOR MASICO)
PLACA ORIFICIO
DESPLASAMIENTO POSITIVO
TURBINA
Fuente: Steinkopf (2012)
Una vez establecidas las ventajas y desventajas se aplico la matriz de
evaluación a cada una de las opciones, cuyos resultados se muestran en
las Tablas 34 y 35.
Tabla 34. Matriz de Evaluación de Opciones 1, 2, 3
RELATIVO PONDERADO PUNTUACION EVALUACION PUNTUACION EVALUACION
SEGURIDAD 15 14,29 4 57,14 3 42,86
MANTENIMIENTO 15 14,29 3 42,86 3 42,86
TÉCNICO 20 19,05 4 76,19 3 57,14
ECONÓMICO 20 19,05 4 76,19 3 57,14
OPERABILIDAD 20 19,05 4 76,19 3 57,14
CONSTRUCTIBILIDAD 15 14,29 4 57,14 4 57,14
TOTAL 105 100 23 309,52 19 257,14
CRITERIOPESO OPCION 1 OPCION 2
Fuente: Steinkopf (2012)
Tabla 35. Matriz de Evaluación de Opciones 4, 5, 6
PUNTUACION EVALUACION PUNTUACION EVALUACION PUNTUACION EVALUACION
SEGURIDAD 4 57,14 4 57,14 4 57,14
MANTENIMIENTO 4 57,14 3 42,86 4 57,14
TÉCNICO 3 57,14 4 76,19 3 57,14
ECONÓMICO 3 57,14 1 19,05 4 76,19
OPERABILIDAD 3 57,14 3 57,14 3 57,14
CONSTRUCTIBILIDAD 4 57,14 3 42,86 3 42,86
TOTAL 21 285,71 18 238,10 21 290,48
OPCION 4 OPCION 5CRITERIO
OPCION 3
Fuente: Steinkopf (2012)
En base a los resultados obtenidos se puede observar que la Opción de
la Placa Orificio es la más recomendable para instalar.
b) Diseño del sistema de medición
Durante la evaluación para el dimensionamiento del medidor de flujo
tipo placa orificio, requerido se consideran las siguientes premisas:
La relación de diámetros: interno dividido entre el diámetro
externo (Beta) debe estar entre 0.5 y 0.7
El diferencial de presión mínimo es de 18”H2O y el máximo es de
80”H2O, de manera tal que la escala de medición se conserve
dentro del rango confiable de medición establecido entre 0 y 100”
H2O.
La distancia mínima aguas arriba y aguas abajo del sistema de
medición, basado en las recomendaciones propuestas en la Norma GPSA
para este caso, serán de 44 veces el diámetro de la tubería (44D) y 4
veces el diámetro de la tubería (4D). En base a lo antes expuesto, se
establecen las distancias de 45D aguas arriba y 5D aguas abajo de la
placa orificio.
El medidor de flujo tipo Placa Orificio, fue dimensionado empleando el
software Daniel Orifice Flow Calculator 3.0, trabajando al flujo máximo
de diseño 31,5 MMPCED, arrojando un diámetro de orificio de 5, 338 in
para una relación de diámetros de 0,667 y para un diferencial de 95 in
H2O. Por lo tanto se encuentra dentro de los rangos establecidos
En la figura 32 se puede observar la ventana del programa con el
resultado obtenido.
Figura 32. Diámetro del Orificio
Fuente: Daniel Orifice Flow Calculator (2012)
Posteriormente se procede a calcular la caída de presión experimentada
al trabajar bajo el escenario de operación normal 10,5 MMPCED. En la
figura 33 se pueden observar los resultados obtenidos.
Figura 33. Caída de Presión a Flujo de Operación Normal
Fuente: Daniel Orifice Flow Calculator (2012)
La Tabla 36 presenta las características más relevantes de la placa
orificio seleccionada para la EMR Cadafe Coro tomando como presión de
regulación 250 psig.
Tabla 36 Características del medidor tipo placa orificio seleccionado.
Presió
n de
Operación
(psig)
Diámetr
o del
Orificio
(pulg)
Relación
Beta
Capacidad
Recomendada
(MMPCED)
Presión
Diferencial
("H2O)
250 5,338 0.6687 Mínima: 9.5
Máxima:31,5
10
95
Fuente: Steinkopf (2012)
8.3.2.10 Propuesta Final
El Sistema de Transporte de Interconexión Centro - Occidente (ICO)
consiste en un gasoducto de diámetro Φ30” y diámetro Φ36” entre la
ciudad de Morón, estado Carabobo, y la población de Río Seco,
localizada en el estado Falcón, con el objeto de interconectar la red de
transmisión de gas de Oriente (Sistema Anaco – Barquisimeto), con la
red de transmisión de gas de Occidente (Sistema Ulé – Amuay). Esta
interconexión permite alimentar a los clientes conectados al Sistema Ulé
– Amuay ubicados en la Península de Paraguaná, así como suplir los
requerimientos de gas que tenga PDVSA en Ulé. El Gasoducto
actualmente es utilizado para el envío entre 100 a 300 MMPCED de gas
desde la planta compresora Morón hacia la estación Río Seco.
La nueva ERP CADAFE Coro será construida a partir de la facilidad
existente (T de Coro) en el Km-7 del Sistema de Transporte ICO, sin
afectar su filosofía de operación, y la nueva EMR será construida
aproximadamente a 2.2 Km dentro de las instalaciones de la Planta
Eléctrica CADAFE Coro.
Estación de Regulación Primaria (ERP) Cadafe Coro
El gas proveniente del Gasoducto ICO, de 36” en la facilidad de
interconexión existente (T de Coro) opera en un rango de presión de
900 – 1200 psig, en esta estación existen una (1) válvula de bloqueo
manual tipo Tapón 16”, éste arreglo sirve como conexión entre el
Gasoducto ICO y la nueva ERP Cadafe Coro que estará ubicada a 30
metros de distancia aproximadamente.
En la entrada de gas de la ERP Cadafe Coro se encuentra el sistema de
regulación 6”, conformado por dos (02) líneas: una principal y otra de
desvío. El tren de regulación principal cuenta con una válvula de tapón
manual de 6” en la entrada, un filtro tipo cartucho. Luego se tiene una
(01) válvula de control de presión de 3” trabaja bajo la modalidad falla
cerrada regulando la presión del gas a 850 psig. Finalmente el tren de
regulación cuenta con una válvula de tapón manual de 6” .
El sistema de regulación cuenta con un desvío (by-pass), para no
afectar el suministro de gas al cliente en caso de sacar de servicio, por
mantenimiento o reparación. El desvío esta conformado por una válvula
de tapón manual de Ø6”, un filtro tipo cartucho de 6”, seguida de una
válvula de control de 3” que regula el gas a 840 psig, y una válvula de
tapón manual de Ø6”.
Figura 34. Estación de Regulación Primaria (ERP)
Fuente: Steimkopf(2012)
Estación de Medición y Regulación (EMR) Cadafe Coro
La línea de entrada de gas de Ø8” a la EMR Cadafe Coro proviene de la
ERP Cadafe Coro. La estación esta conformada por el sistema de
regulación, conformado por el tren de regulación principal y una línea de
desvío (bypass). El tren de regulación principal esta conformado por una
válvula de tapón manual de 6”, un filtro tipo cartucho, luego se
encuentra una (01) válvula de control de presión de 3”.
El sistema de regulación cuenta con un desvío (by-pass) para no afectar
el suministro de gas al cliente en caso de sacar de servicio, por
mantenimiento o reparación, algunos de los equipos involucrados en el
tren de regulación principal. El desvío esta conformado por una válvula
de tapón manual de Ø6”, un filtro tipo cartucho, una válvula de control
de 3” la cual regula la presión del gas a 250 psig, y una válvula de
tapón manual de Ø6”, después de la interconexión del tren de
regulación principal.
A la salida del Tren de Regulación se encuentra una válvula manual de
tapón Ø6” normalmente abierta, luego el Separador, del cual el gas sale
por la parte superior y es dirigido hacia el sistema de medición, mientras
que el líquido generado es enviado a un tanque de almacenamiento. El
sistema de separación cuenta con un desvío (by-pass) donde se
encuentra una válvula de tapón Ø8” normalmente cerrada, para no
afectar el suministro de gas a los clientes en caso de sacar fuera de
servicio, por mantenimiento o reparación, algunos de los equipos
involucrados.
La línea de entrada al sistema de medición que está conformado por los
siguientes equipos:
Una válvula manual de tapón de Ø8” normalmente abierta, a la entrada
de la placa orificio.
Un medidor de flujo por diferencial de presión tipo Placa Orifico.
El sistema cuenta con un by-pass en el cual se encuentra una válvula
4” normalmente cerrada, esta línea sirve como respaldo en el caso de
que se requiera sacar fuera de servicio, sustituir o realizar
mantenimiento al sistema de medición.
Figura 35 Estación de Medición y Regulación (EMR)
Fuente: Steinkopf(2012)
8.4. Determinar la factibilidad técnico-económica de la instalación de la
propuesta descrita.
La propuesta de diseño tiene una clasificación de función económica de
construcción de activo/infraestructura operacional, según el manual
Lineamiento para Evaluación Económica de Proyectos de Inversión de
Capital (LEEPIC) Rev. 2012, posee una clasificación de presupuesto
asociada a líneas de distribución de gas.
Las premisas para realizar la evaluación económica a través del sistema
corporativo (SEEPLUS 6.0) fueron las siguientes:
Año Base / Año Moneda: 2013
Tasa de descuento: 10%
Paridad BsF / US$: 4.30
Estudio Base 20 años
Costos de Mantenimiento 5 % sobre la inversión
El estimado de costos empleado para efectuar la evaluación se muestra
en la tabla 37.
Tabla 37. Estimado de costos de la propuesta
DESCRIPCIÓN TOTAL Bs.
Ingeniería 100,660.00
Procura 5,462,956.00
Construcción 14,068,485.00
Gestión 796,462.80
Contingencias 10% 2,042,856.38
A.I.T. 1,30% 292,128.46
Impuesto al Valor Agregado (I.V.A. 12%) 2,451,427.66
Total 25,214,976.30
Fuente: PDVSA (2011)
El volumen contractual requerido por la Planta Eléctrica Cadafe Coro es
de 9 MMPCED (9.144 MMBTU/D) y 27 MMPCED (27.432 MMBTU/D) y los
ingresos por suministro de gas metano al cliente industrial son
desglosados de la siguiente manera, según (LEEPIC 2012) y precio
oficial SEE 6.0:
Producto Industrial Gas Metano en Falcón $/ MMBTU: 1,25
Los valores de los indicadores económicos, obtenidos como resultados
de la evaluación efectuada se resumen en la Tabla 38 y en el Anexo 3.
Tabla 38. Indicadores Económicos
INDICADORES (COSTO TOTAL) PROYECTO PDVSA GAS NACION
Valor Presente Neto (VPN) MU$. 61464,56 61464,56 94.061,96
Tasa Interna de Retorno
Modificada (TIR)
% 31,17 31,17 33,92
Eficiencia de la Inversión $/$. 17,07 17,07 25,59
Periodo de Recuperación
Dinámico
AÑOS 0,51 O,51 0,34
Fuente: Steinkopf (2012)
Estos valores indican la factibilidad económica de la propuesta, donde se
obtuvieron valores aceptables en la Tasa interna de Retorno (TIR>15) y
un Valor Presente Neto mayor a cero.
Al efectuar un análisis de sensibilidad con la finalidad de observar el
comportamiento de los indicadores económicos ante posibles variaciones
de las variables involucradas, como son: la inversión, producción,
precios del producto y gastos, se obtuvieron los siguientes resultados:
Al aumentar la producción y el precio del producto el VPN
aumenta, por lo tanto, el VPN es directamente proporcional
a estas variables.
Al aumentar la inversión y los gastos el VPN disminuye, por
lo tanto, el VPN es inversamente proporcional a estas
variables.
Figura 36 VPN vs Desviación de las variables
Fuente: SEEPLUS (2012)
CONCLUSIONES
Con base al análisis de resultados se concluye:
El requerimiento máximo de gas metano para cubrir el consumo
de todas las maquinas turbogeneradoras que conforman la Planta
Termoeléctrica Cadafe Coro es de 31,5 MMPCED.
Es factible técnica y económicamente la instalación de una
Estación de Regulación primaria (ERP), una Estación de Medición y
Regulación (EMR) y las tuberías de interconexión entre las mismas
y las fuentes de suministro y entrega.
Se observo que la formación de líquidos e hidratos en se genera
únicamente cuando la composición del gas se encuentra bajo la
operación de contingencia en el gasoducto, específicamente en la
regulación de presión de 850 a 250, ubicada en la Estación de
Medición y Regulación (EMR).
La propuesta de diseño es económicamente rentable debido a que
los indicadores económicos: VPN de 61464,56 el cual es mayor a
cero y un TIR de 31,17 mayor a 15.
Las tuberías que interconectan los equipos de la Estación de
Regulación Primaria serán de 6” diámetro, mientras que, en la
Estación de Medición y Regulación (EMR) se encuentran tuberías
de 6” y 8” de diámetro.
El Ramal de interconexión entre ambas estaciones será de 8” de
diámetro. Este diámetro de tubería permite manejar la capacidad
máxima de flujo de gas sin generar velocidades por encima a los
establecidos por las normas y practicas de diseño.
Las válvulas de control ubicadas en ambas estaciones serán de 3”
ANSI 600. Estas permitirán regular la presión a la requerida por el
consumidor final.
En ambas estaciones se instalaran dos filtros tipo cartucho, con la
finalidad de remover las partículas solidas que vienen con la
corriente de gas y que puedan ocasionar daños en las válvulas.
Es necesario instalar un separador vertical en la EMR con la
finalidad de remover los líquidos que se forman luego de la
regulación a 250, en los casos los cuales la fuente de suministro
de gas opera bajo contingencia. Durante la operación normal se
mantendrá por seguridad.
Se requiere un separador horizontal en la EMR ya que este
permitirá almacenar los líquidos provenientes del separador
vertical, durante un periodo de tres días, para luego ser
desalojados a través de un camión vacum.
Es necesario un punto de inyección de Metanol en la EMR con la
finalidad de evitar la formación de hidratos. Solo se realizara la
operación en el posible caso de que la fuente de suministro opere
bajo el escenario de contingencia.
Es necesario instalar un medidor de flujo del tipo Placa Orificio en
la EMR, con la finalidad de contabilizar el gas de entrega.
RECOMENDACIONES
Instalar una Estación de Regulación Primaria, una Estación de
Medición y Regulación con su respectiva interconexión, que permita
suministrar gas como combustible a las turbinas de generación
eléctrica ubicadas en la Planta Termoeléctrica CADAFE-CORO,
desde el sistema de interconexión centro occidente (ICO).
Diseñar un sistema de protección catódica que evite cualquier
efecto corrosivo adverso en estructuras cercanas (equipos,
tuberías, cables, entre otros).
Evaluar la opción de que las válvulas de control ubicadas en cada
estación puedan ser electro-neumáticas.
Elaborar un análisis de riesgo de la propuesta planteada.
Realizar estudios especiales de levantamiento topográfico y de
resistividad del suelo.
Efectuar la automatización del sistema de control y medición
requerido en el sistema propuesto.
Instalar las válvulas de control en líneas horizontales con el
actuador en la parte superior de las válvulas.
Evaluar el tipo de revestimiento mas adecuado para la tubería
enterrada que sirve de interconexión entre ambas estaciones.
Solicitar el apoyo de la empresa CORPOELET para el suministro de
energía eléctrica a las estaciones.
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