análisis de confiabilidad para un sistema de turbocompresión

7/23/2019 Anlisis de Confiabilidad para un Sistema de Turbocompresin.

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Determinacin de la Confiabilidad de un Sistema de Turbo - Compresin de Gas Amargo, bajo unaConfiguracin k de n en el Golfo de Mxico.

Jos Ulises Ariza Rodrguez MICRO III, 2012

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Mster en Ingeniera de Confiabilidad y RiesgosUniversidad de las Palmas de Gran CanariaLas Palmas de Gran Canaria, Espaa.

Jos Ulises Ariza RodrguezMICRO III, Septiembre 2012

Universidad de las Palmas de Gran CanariaLas Palmas de Gran Canaria, Espaa.

DETERMINACIN DE LA CONFIABILIDAD DE UN SISTEMADE TURBO -COMPRESIN DE GAS AMARGO, BAJO UNA

CONFIGURACIN K DE N EN EL GOLFO DE MXICO


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CONTENIDO

1. Introduccin .............................................................................................................. 32. Contexto Operacional / Descripcin del proceso ........................................................ 4

2.1. Abkatn A Compresin .............................................................................................. 42.2. Abkatn-A Permanente ........................................................................................... 142.3. Abkatn-D Permanente ........................................................................................... 182.4. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-A Compresin .................................. 242.5. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-A Permanente .................................. 242.6. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-D Permanente ................................. 25

3. Arreglo Fsico del Sistema ........................................................................................ 273.1. Premisas para el Anlisis de Confiabilidad .................................................................. 273.2. Diagrama de bloques funcionales ............................................................................. 293.3. Diagrama de bloques de confiabilidad ....................................................................... 323.4. Modelo matemtico de confiabilidad .......................................................................... 35

4. Revisin de los Datos Histricos .............................................................................. 365. Estimacin de Confiabilidad ..................................................................................... 40

5.1. Mdulo 1 Abkatn-A Compresin .............................................................................. 425.2. Mdulo 2 Abkatn-A Compresin .............................................................................. 565.3. Mdulo 3 Abkatn-A Compresin .............................................................................. 695.4. Mdulo 4 Abkatn-A Compresin .............................................................................. 825.5. Mdulo 5 Abkatn-A Permanente ............................................................................. 955.6. Mdulo 6 Abkatn-A Permanente ........................................................................... 1085.7. Mdulo 7 Abkatn-D Permanente ........................................................................... 1215.8. Mdulo 8 Abkatn-D Permanente ........................................................................... 1325.9. Anlisis de confiabilidad de los Centros de Proceso Abkatn A y D. ............................. 144

5.9.1. Anlisis de la confiabilidad del centro de proceso Abkatn A Compresin ........... 1475.9.2. Anlisis de la confiabilidad del centro de proceso Abkatn A Permanente ........... 1545.9.3. Anlisis de la confiabilidad del centro de proceso Abkatn D Permanente ........... 159

5.9.4. Anlisis de la confiabilidad global de los centros de proceso Abkatn A y D ........ 1646. Conclusiones .......................................................................................................... 1707. Recomendaciones .................................................................................................. 172


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1. IntroduccinEl complejo marino de produccin Abkatn-A se ubica en las aguas del Golfo de Mxico, en la

sonda de Campeche a 150 km (77 millas nuticas) al noroeste (Latitud Norte: 19, 17.7 y

Longitud Oeste: 92, 10.71) de la Terminal Martima Dos Bocas en Paraso, Tabasco. Este

complejo genera 400 MBPD de aceite, los cuales se envan a Dos Bocas por el oleoducto de 36,

y 630 MMPCD de gas (420 Abkatn-A Compresin con 4 mdulos de compresin y 210 Abkatn-

A Permanente con 2 mdulos de compresin), que son enviados a la estacin de re-compresin

de Atasta, Campeche a travs de un gasoducto de 36.

Los mdulos de compresin de gas del Activo Abkatn Pol Chuc, de la Regin Marina Suroeste

de PEMEX-PEP, han presentado una serie de fallas recurrentes y eventos espordicos que han

dado como resultado una baja probabilidad de que los mdulos cumplan con la funcin de

comprimir y transferir 1060 MMPCD de gas amargo a tierra.

Las consecuencias de estos eventos, ha motivado a la Coordinacin de Mantenimiento de

Equipos Dinmicos y Servicios Auxiliares (CMEDSA), a impulsar proactivamente, el objetivo de

estabilizar los mdulos de compresin de gas, comenzando por los Centros de Proceso Abkatn-

A Compresin y Permanente, y Abkatn-D Permanente. Como parte de la estrategia de

estabilizacin, se tiene el anlisis y clculo de la confiabilidad con la que se encuentran

trabajando dichos mdulos para posteriormente, se desarrolle e implemente un plan de accin,

que conduzca a la estabilizacin de los equipos.

En el presente documento se desarrolla el proceso de estimacin de la confiabilidad actual de losmdulos de Abkatn-A Compresin, Abkatn-A Permanente y Abkatn-D Permanente listndose

una serie de recomendaciones resultantes del anlisis, que formarn parte del plan de

estabilizacin operacional de los mismos.


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2. Contexto Operacional / Descripcin del proceso2.1. Abkatn A Compresin

El centro de proceso Abkatn-A Compresin, inici operaciones el 30 de Marzo de 1987, lo

conforman ocho piernas, tres niveles, entrepiso, rea de muelles y lneas de proceso.

Su funcin es comprimir y transferir el gas que recibe de la batera de separacin de Abkatn-Alfa

Temporal y Permanente hacia la estacin de re-compresin de Atasta, va Pol-A mediante un

gasoducto de 36. Cuenta con una capacidad total de compresin de 420 MMPCD

El proceso inicia con la llegada de mezcla de crudo procedente de ABK-TARATUNICH, la cual entra

a un separador de 1 Etapa (FA-3101) a una presin de 5,8 Kg/cm 2 y una temperatura de 42 C,

ubicado en el 2 nivel de la plataforma Abkatn-A Temporal. El gas obtenido de la separacin

entra al rectificador de 1 Etapa (FA-3103) ubicado en el 3 nivel de la misma plataforma, cuyo

gas de salida va hacia los tanques de gas de alta (FA-4205 A/B/C) en Abkatn-A Compresin.

El aceite separado tanto en el separador (FA-3101) como en el rectificador (FA-3103) de 1 etapa

es llevado hacia el separador de 2 Etapa (FA-3102) en el 3 nivel de la plataforma Abkatn-A

Temporal, ste separa gas hacia el rectificador de 2 Etapa (FA-3104), ubicado en el 3 Nivel de

Abkatn-A Temporal, y aceite hacia el sistema de bombeo que lo transfiere a Dos Bocas mediante

la lnea 3, va Pol A.

FA-3104 separa su corriente de entrada proveniente del separador de 2 Etapa FA-3102, y el gas

enviado se divide una parte para ser comprimido e incorporado a la corriente de gas de entrada de

los tanques de gas de alta (FA-4205 A/B/C) en Abkatn-A Compresin, mediante una vlvula

controlada por presin la otra parte de gas va hacia el tanque de gas de baja (FA-4206) en la

misma plataforma; y el aceite es enviado hacia el sistema de bombeo. En la Figura 1 se muestra el

diagrama de flujo de proceso de la plataforma.


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Determinacin de la Confiabilidad de un Sistema de Turbo - Compresin de Gas Amargo, bajo una Configuracin k de n en el Golfo de Mxico.


Figura 1. Diagrama de Flujo de Proceso Abkatn-A Compresin


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La corriente que entra al tanque de gas de baja (FA-4206) es separado y el gas que sale a una

presin de 1.3 kg/cm2 y una temperatura de 30 C, es comprimido por el compresor de baja

presin AXI (GB-4201 A), a fin de que sean aprovechados los vapores de baja presin en el

proceso de compresin; este gas comprimido de 5.5 a 6 kg/cm2 y de 125 a 130 C se incorpora a

la corriente, antes del proceso del enfriador de gas de baja (E-101 A/B/C/D), para sercomprimido en la primera etapa del compresor de alta presin.

Los tanques de gas de alta (FA-4205 A/B/C) tambin reciben una corriente de gas desde el

rectificador de 1 Etapa (FA-3105), ubicado en Abkatn-A Permanente. En la separacin

efectuada en los tanques de gas de alta, el fluido, a una presin de 5.2 kg/cm2 y temperatura de

42 C, es enviado hacia el enfriador de gas de baja (E-101 A/B/C/D) y de all pasado a 41 C al

separador de succin (V-101 A/B/C/D) los cuales, envan el gas a 5 kg/cm2 y 41 C a la 1 etapa

de compresin. Los condensados y agua de la separacin en FA-4205 (A/B/C) y V-101 (A/B/C/D)

son enviados, mediante una vlvula controlada por nivel, al tanque de desfogue de alta (FA-4102) en el 1er nivel de Abkatn-A Compresin, donde el gas es quemado, y el condensado y el

agua son bombeados hacia la entrada del separador de 2a Etapa (FA-3102) para ser procesado.

La 1 etapa de compresin eleva la presin del gas de 25 a 28 Kg/cm2 y la temperatura de 41 a

144 C por lo que es pasada por el enfriador de gas de alta 1 Etapa (E-102 A/B/C/D), saliendo

el gas a 49 C y entrando al separador inter-etapa (V-102 A/B/C/D), donde el gas es enviado

hacia la segunda etapa de alta compresin a 25 Kg/cm2 y 47 C, y el condensado y agua

separados se envan mediante una vlvula controlada por nivel, hacia el tanque de desfogue (FA-

4210), donde el gas es quemado. El agua se enva hacia la planta de agua en Abkatn-APermanente y el condensado, mediante una vlvula controlada por nivel, es bombeado hacia la

entrada del separador de 2 Etapa (FA-3102) para ser procesado. Otra vlvula controlada por

nivel enva el agua del separador inter-etapa (V-102 A/B/C/D) hacia el tanque acumulador de

condensados de media presin FA-5211 en Abkatn-A Permanente, y se incluye directamente al

retorno del proceso de separacin de 1 etapa de la batera.

La corriente a 25 Kg/cm2 y 47 C que entra a la 2 etapa de compresin es elevada a 70 Kg/cm2

y 129 C, la cual pasa por el enfriador de gas de alta presin 2 Etapa (E-103 A/B/C/D), donde la

temperatura es llevada a 49 C y de all el gas de alta presin pasa por el separador de descarga(V-103 A/B/C/D), manteniendo en la salida del separador a presin de 70 Kg/cm 2 y la

temperatura en 48 C.

Este gas pasa al separador de carga del tanque (FA-4208) donde nuevamente se realiza una

separacin en la cual el fluido pasa directo al gasoducto para ser enviado a Atasta va POL-A. Los

condensados derivados de las separaciones en V-103 (A/B/C/D) y (FA-4208) son incorporados a


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la corriente de gas que va hacia Atasta va Pol-A mediante vlvulas controladas por nivel. Por

otra parte, la plataforma cuenta con una Planta Endulzadora de Gas Combustible para procesar el

gas a ser utilizado en este sistema.

Para el servicio de alta presin se dispone de cuatro mdulos de compresin de 105 MMPCD cada

uno, con una presin de succin de 5 Kg/cm2 y una presin de descarga de 70 Kg/cm2, el

diagrama esquemtico del tren de compresin Ingersoll-Rand se muestra en la Figura 2, y los

componentes del tren de compresin para cada mdulo por fabricante se muestran en la Tabla 1.

Figura 2. Tren de Compresin Ingersoll-Rand

Internfriador

E-102

6 Etapas 6 Etapas

Caja

Principal

Engranes

2 Carcaza 1a Carcaza

Generador

Caja Auxiliar

Enganes

MTGB 642 MTGB 733

2a Seccin1a Seccin

Turbina PotenciaGenerador de Gas

5 kg/cm2

41 C 25 kg/cm2

144 C70 kg/cm

2

129 C

25 kg/cm2

47 CInternfriador

E-102

6 Etapas 6 Etapas

Caja

Principal

Engranes

2 Carcaza 1a Carcaza

Generador

Caja Auxiliar

Enganes

MTGB 642 MTGB 733

2a Seccin1a Seccin

Turbina PotenciaGenerador de Gas

5 kg/cm2

41 C 25 kg/cm2

144 C70 kg/cm

2

129 C

25 kg/cm2

47 C


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Tabla 1. Mdulos de Compresin

Mdulo PlataformaFabricante

Compresor Turbina Generador Gas

1

Abkatn-A CompresinIngersoll-Rand Ingersoll-Rand General Electric

2

3

4

La filosofa actual de operacin del centro de proceso para el sistema de compresin de gas es de 3

mdulos operando y 1 mdulo disponible o en mantenimiento.

Para el manejo de vapores a baja presin, se tienen dos compresores AXI-INGERSOLL RAND tipo

H cuyas capacidades de manejo de gas son de 6 MMPCD cada uno, que por diseo asisten en la

seccin de baja presin a los 4 trenes de compresin indicados en la tabla 1. Estos compresores

AXI cuentan con turbinas de gas SolarSaturn cada uno.

Para efectos del Anlisis de la Confiabilidad, el mdulo de compresin se dividi en sistemas, los

cuales siguen una secuencia lgica y se basa en la estructura convencional adoptada por la

CMEDSA. Esta estructura, es la que se describe en la Tabla 2 para todos los mdulos de

compresin.


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Tabla 2. Sistemas por Mdulo

N Sistema Descripcin

1 Potencia

La turbina de potencia provee la potencia mecnica de salida para el equipo

accionado.

Los mdulos INGERSOLL RAND GT-61 estn montados sobre tres bastidores

separados. Sobre el primer bastidor est montada la carcasa de admisin de aire, en

el segundo bastidor est el generador de gas GE LM2500 y la turbina de potencia

INGERSOLL RAND GT-61, ambos dentro de una cabina. El tercer bastidor contiene los

compresores centrfugos INGERSOLL RAND MTGB-642 y MTGB-733, el generador de

AC, las cajas de transmisin, el interruptor y el panel de enlace. El tren de

compresin est equipado con sistemas de aceite de lubricacin y sellado con los

accesorios necesarios para la operacin eficiente y segura de la unidad.

El Sistema de Potencia est compuesto por el generador de gas GE LM2500 y la

turbina de potencia INGERSOLL RAND GT-61. El generador de gas consiste de un

compresor de flujo axial, cmara de combustin y una turbina de dos etapas la cual

acciona la seccin del compresor.

2 Transmisin

Provee un control de la velocidad y transmite la potencia mecnica de la turbina de

potencia a los compresores y generador elctrico.

Lo componen la caja de transmisin principal y la caja de transmisin auxiliar. La caja

de transmisin mecnica principal est montada sobre una placa base y se sita

entre la caja del dispositivo de accesorio de accionamiento de la turbina de potencia y

el compresor MTGB-642. El sistema de transmisin mecnica auxiliar se encuentra

montado tambin sobre su patn, unido al sistema de transmisin mecnica principal

y se utiliza para controlar el generador accionado por el eje.


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3 Compresin

Su funcin es comprimir el gas amargo aumentando la presin de 5 kg/cm 2 en la

succin a 70 kg/cm2 en la descarga.

La turbina de potencia esta acoplada por medio de un acoplamiento flexible a la caja

de transmisin principal, la cual, mediante acoplamientos acciona a los compresores

centrfugos INGERSOLL RAND MTGB-642 y MTGB-733 no refrigerados, de mltiples

niveles. Los ejes del rotor estn conectados por un acoplamiento flexible de tipo seco.

Los compresores son de circulacin simple, (impulsores montados con las entradas

sencillas hacia el mismo lado del eje). El gas que entra a la(s) mquina(s) se

comprime en seis pasos y luego se descarga. El rotor y el diafragma se insertan

axialmente en la caja y junto con el cojinete y el cierre forman el(los) compresor(es).

El cierre entre los niveles se logra a travs de sellos tipo laberinto. El cierre del

extremo del eje se realiza usando cierres cnicos con pelcula de aceite, precedidos

por un sistema amortiguado de inyeccin de gas que evita que el gas natural

corrosivo entre en contacto con el aceite lubricante del sello de la chumacera. El

cojinete de empuje absorbe las fuerzas axiales no balanceadas. Los compresores

constan de seis impulsores montados en un eje y rodeado de diafragmas dentro de

una caja de acero carbnico fundido. Los equipos del cojinete de empuje y del

cojinete plano sostienen el rotor. Los compresores han sido diseados para que el

nico contacto entre las partes giratorias y fijas se encuentre en los cojinetes y los

cierres. Las superficies de contacto estn protegidas por una pelcula de aceite

lubricante.


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4 Gas Combustible

Se encarga de suministrar el gas requerido tanto para el arranque de la turbina de

potencia, como de suministro al generador de gas. Est conformado por vlvulas de

corte SDV-221, PV-1 y PV-2, vlvula de regulacin de presin PCV (1 y 2 paquete),

filtros de gas en V-221 y FG-401, separador de gas combustible, vlvula controladora

de nivel LCV, vlvulas de venteo al quemador BDV, vlvula principal de control de gas

combustible (AMOT), vlvulas PSV, calentador de gas combustible (elctrico, gas-

gas), switch de presin, switch de nivel en separador V-221, transmisores de presin

y temperatura.

5Generacin

Elctrica

Cuando el generador se encuentra en condicin de suministrar la energa elctrica al

centro de control de motores del mdulo, entonces, se hace la transferencia mediante

un interruptor automtico de transferencia.

Est conformado por el generador elctrico, el cual es accionado por la caja del

sistema de transmisin mecnica auxiliar, es autnomo e independiente de la

alimentacin AC exterior cuando llega al 80% de la velocidad. El generador obtiene

su momento del sistema de transmisin mecnica auxiliar y proporciona energa

elctrica a 440 V en tres fases y 60 Hertz de frecuencia a los sistemas auxiliares

como enfriadores mecanizados de aceite lubricante, enfriadores mecanizados de gas

de proceso, sistema de alumbrado, sistema de control y cargador de batera,

sistemas de ventilacin, entre otros componentes elctricos del mdulo. El generador

elctrico cuenta con un sistema de enfriamiento por ventilador con acoplamiento

directo a un motor elctrico.

Mientras el generador elctrico no se encuentre en condiciones de suministrar energa

durante el arranque, sta es suministrada por el sistema elctrico de la plataforma.


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6 Sellado

Tiene como funcin mantener la presin de aceite requerida en los sellos hmedos de

los compresores; est conformado por la bomba de sello principal, la cual es de

accionamiento mecnico por la caja de transmisin, y la bomba auxiliar que es

accionada por un motor elctrico; y est compuesto por tanques elevados, filtros,

lneas, vlvulas, accesorios, enfriadores, interruptores de nivel, presin y

temperatura.

7 Aceite Lubricante

Est compuesto por el sistema de lubricante sinttico y sistema de lubricante mineral

como subsistemas. El sistema de lubricante sinttico es encargado de la lubricacin

del generador de gas y est conformado por la bomba de lubricacin, los filtros,

lneas, vlvulas, accesorios, enfriadores, interruptores de nivel, presin y temperatura

asociados a este sistema.

El sistema de lubricante mineral se encarga de toda la lubricacin de los componentes

del tren de compresin a excepcin del generador de gas; est conformado por la

bomba de lubricacin principal, la cual es accionada mecnicamente por la caja de

transmisin, y la bomba auxiliar que es accionada por un motor elctrico; y tambin

cuenta con sus filtros, lneas, vlvulas, accesorios, enfriadores, interruptores de nivel,

presin y temperatura.

La caja de engranajes (Western) se encuentra montada con la turbina de potencia y

esta acoplada con la caja principal de engranajes con el fin de transmitir el

movimiento a las bombas principales de lubricacin y sellado. El sistema incluye los

enfriadores de aceite nter-etapas E-230, E-231 y E-232.


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8Monitoreo,

Proteccin yControl

Tiene la funcin de monitorear y controlar las diferentes condiciones de operacin, as

como proteger al mdulo de compresin.

Est conformado por los sensores de vibracin de proximidad y contacto (en los

equipos dinmicos del tren), sensores de temperatura (RTDs) y el monitoreo y

control de parmetros del tren de compresin (controlador de lgica programable-

PLC), con todos los circuitos, tarjetas electrnicas y componentes asociados a estos

tipos de sistemas.

9 Gas de Proceso

Tiene la funcin de conducir el gas al mdulo y acondicionarlo durante las diferentes

etapas del proceso de compresin.

Est conformado por todos los componentes relacionados con las entradas y salidas

de gas de proceso a los compresores. Entre ellos se encuentran las vlvulas SDV de

succin, descarga y presurizacin, vlvula de venteo al quemador (VVQ), vlvula de

venteo atmosfrico (VVA), lneas de interconexin, vlvulas manuales, checks,

separador de succin V-101, separador intermedio V-102, separador de descarga V-

103, moto-ventiladores inter-etapas (aspas, motor, reductor, acoplamiento),

enfriadores de gas E-101, E-102 y E-103, switches de presin, nivel y temperatura.

10Deteccin Gas

Fuego

Lo conforman la interface hombre-mquina, sistema de comunicacin, seales de

campo, detectores de H2S, detectores de gas combustible, detectores de humo,

detectores UV/IR, alarmas audibles, luz estroboscpica (emergencia), estaciones de

paro, cilindros de FM-200 y cilindros de CO2


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2.2. Abkatn-A PermanenteEl inici de operaciones de esta plataforma fue el 31 de Diciembre de 1982, y est

conformada por doce piernas, tres niveles, entrepiso, rea de muelles y lneas de proceso.

La funcin principal de la plataforma es comprimir gas procedente de la batera de separacin

de la misma plataforma para ser enviado a Atasta va Pol Alfa. Cuenta con una capacidad

total de compresin de 210 MMPCD.

El proceso comienza con la llegada de mezcla de crudo procedente de Abkatn-B y Caan

cuyas corrientes entran a dos separadores de 1 Etapa (FA-3101A y FA3101B), una corriente

a una presin de 5.9 Kg/cm2 y temperatura de 56 C y la otra a 5.8 Kg/cm2 y 66 C. Estos

separadores se encuentran ubicados en el 2. Nivel de la plataforma Abkatn-A Permanente.

Adicionalmente, existe otra mezcla de entrada de crudo a medicin que entra a otro

separador de prueba de 1 etapa (FA-3103) ubicado igualmente en el 2. Nivel. El gas

obtenido de la separacin en los 3 recipientes entra al rectificador de 1 Etapa (FA-3105) en

el 3er. Nivel de la plataforma, cuyo gas de salida va hacia una derivacin de Compresin y la

otra, a travs de una vlvula controlada por presin, hacia los tanques de gas de alta presin

(FA-5201 A/B).

El aceite separado en el Separador (FA-3101A) es llevado hacia el Separador de 2da. Etapa

(FA-3102), igualmente, el aceite separado en (FA-3101B) es llevado hacia el Separador de

2da. Etapa (FA-3104). Los aceites separados en el Rectificador de 1 Etapa (FA-3105) y en el

Separador de 1 Etapa (FA-3103), son llevados a los Separadores de 2da. Etapa (FA-3102 y

FA-3104). Estos Separadores de 2da. Etapa separan el gas hacia el Rectificador de 2 Etapa

(FA-3108), ubicado en el 3er. Nivel, y una parte del aceite es enviado hacia el sistema de

bombeo que lo transfiere a Dos Bocas mediante la lnea 3 va Pol-Alfa; la otra parte se

bombea hacia los Deshidratadores (FA-3151 A/B), a fin de separar agua para ser bombeada

hacia Abkatn-77 y aceite al sistema de bombeo que lo transfiere a Dos Bocas por la lnea 3

va Pol-Alfa.

Los Separadores de 2da. Etapa (FA-3102 y FA-3104) tambin obtienen en la separacin agua

que es llevada hacia Abkatn-77. El Rectificador (FA-3108) separa la corriente de entrada y

el gas enviado hacia el tanque de baja presin (FA-5202). En la Figura 3 se muestra el

diagrama de flujo de proceso de la plataforma.


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Figura 3. Diagrama flujo de proceso Abkatn-A Permanente


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La corriente que entra al tanque de gas de baja (FA-5206) es separada y el gas que sale a

una presin de 1.2 Kg/cm2 y una temperatura de 50 C, entra al Tanque de Succin de

Compresin de Baja Presin 1 Etapa (V-101 A/B). El gas que sale del Tanque (V-101) a 1.3

Kg/cm2 y 41 C entra a la 1 Etapa de compresin, el cual es elevado a 6 Kg/cm 2 y 114 C.

Este gas pasa por el Enfriador (E-101 A/B) y se incorpora a la corriente de que sale de los

Tanques de alta presin para entrar al Tanque de Succin de 2 Etapa (V-102 A/B), de donde

sale a una presin de 4.6 Kg/cm2 y una temperatura de 55 C.

Producto de la separacin en (FA-5201 A/B) y (V-102), se obtienen condensado y agua que,

mediante una vlvula controlada por nivel, son enviados hacia el Separador de condensados

de baja presin (FA-5209) donde el gas separado es quemado, el agua es enviada a tanques

de desfogue y luego bombeada directamente al proceso, y el condensado es bombeado hacia

el Separador de 2 FA-3104, mediante una vlvula controlada por nivel.

Por otra parte, producto de la separacin en (FA-5202) y (V-101 A/B), se obtiene condensado

y agua, que mediante una vlvula controlada por nivel, es enviada hacia el Tanque separador

de Lquidos de Desfogue (104-L-44) donde el gas separado es quemado, y el condensado y

agua son bombeados hacia el Separador de 2 Etapa (FA-3104) para regresar al proceso.

La 2 etapa de compresin eleva el gas de 4.6 a 22 Kg/cm2 y la temperatura de 55 a 154 C,

por lo que es pasada por el enfriador de gas de alta 2 Etapa (E-102 A/B), entrando al tanque

de Succin de 3 Etapa (V-103 A/B), donde es enviado hacia la 3 Etapa de compresin a 21

Kg/cm2 y 52 C, y el condensado y agua separados se envan, mediante una vlvula

controlada por nivel, hacia el Tanque de Desfogue (FA-5209), donde el gas es quemado. De

este recipiente, el agua se enva hacia el proceso directo y el condensado hacia el separador

(FA-3104). El condensado obtenido de (V-103 A/B) es enviado al FA-3101 A para

reincorporar al proceso, mediante una vlvula controlada por nivel, se bombea hacia el

Separador de Condensados (FA-5208) donde es incorporado a la corriente de salida del

mdulo mediante una vlvula controlada por presin, y el agua, mediante una vlvula

controlada por nivel, enviada hacia (FA-5209).


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La corriente a 21 Kg/cm2 y 52 C que entra a la 3 etapa de compresin es elevada a 71

Kg/cm2 y 148 C, y es pasada por el Enfriador de Gas de alta presin 3 Etapa (E-103 A/B),

donde el gas de alta presin pasa por el Separador de Gas Amargo y Hmedo (V-104 A/B),

manteniendo en la salida del separador la presin de 70 Kg/cm 2 y la temperatura en 50 C.

Este gas es enviado a Atasta va POL-A. Los condensados y aguas derivados de la separacin

en (V-104 A/B) son incorporados al gasoducto donde el condensado es incorporado a la

corriente de salida del mdulo mediante una vlvula controlada por presin, y el agua

enviada al gasoducto.

Para el servicio de alta presin se tienen 2 mdulos de compresin de 105 MMPCD cada uno,

con una presin de succin de 1.55 Kg/cm2 y una presin de descarga de 70 Kg/cm2, el

diagrama esquemtico del tren de compresin Delaval se muestra en la Figura 4, y los

componentes del tren de compresin del mdulo por fabricante se muestran en la Tabla 3.

Figura 4. Tren de Compresin Delaval

Transmisi

n

Principal

Generador

Elctrico Transmisi

n

Auxiliar

TurbinaPotencia

Generador Gas

3a Seccin 2da. Seccin 1ra. Seccin

InterenfriadorInterenfriador

4 etapas2 etapas3 etapas5 etapas

1.55 kg/cm2@ 60C

5.74 kg/cm2@ 142C5.18 kg/cm2

@ 65.5C22.3 kg/cm2@ 177C

21.6 kg/cm2@ 60C

6CDK378BK37


1.55 kg/cm2@ 60C

5.74 kg/cm2@ 142C5.18 kg/cm2

@ 65.5C22.3 kg/cm2@ 177C

21.6 kg/cm2@ 60C

6CDK378BK37

3a Seccin 2da. Seccin 1ra. Seccin

InterenfriadorInterenfriador


1.55 kg/cm2@ 60C

5.74 kg/cm2@ 142C5.18 kg/cm2

@ 65.5C22.3 kg/cm2@ 177C

21.6 kg/cm2@ 60C

70 kg/cm2@ 130 C

6CDK378BK37

9300 rpm


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18

Tabla 3 Mdulos de Compresin



5Abkatn-A Permanente Delaval General Electric General Electric

6

La filosofa operacional de operacin del centro de proceso para el sistema de compresin de

gas es que ambos mdulos operen simultneamente.

Para el manejo de vapores a baja presin, se tienen dos compresores Delaval cuyas

capacidades de manejo de gas son de 6 MMPCD cada uno, que por diseo asisten en la

seccin de baja presin a los 2 trenes de compresin indicados en la Tabla 3.

2.3. Abkatn-D PermanenteLa plataforma denominada como produccin o permanente inici operaciones el 27 de julio de

1993, est conformada por doce piernas, rea de muelles, entrepisos, tres niveles y lneas de

proceso. Tiene como funcin separar la mezcla gas-aceite procedente de los yacimientos, el

procesamiento y distribucin del aceite hacia la Terminal Martima Dos Bocas, pasando por el

complejo de produccin Abkatn-A, comprimir el gas separado y enviarlo a Abkatn-A y/o

Pol-A para su endulzamiento y/o distribucin a la planta Atasta ubicada cerca de Ciudad del

Carmen, Campeche.

El proceso comienza con la llegada de mezcla de crudo del Litoral y mezcla de crudo de Ixtal

y Manik, cuyas corrientes entran a los separadores de 1 Etapa, (FA-3101 A) y (FA3101B)

respectivamente. La mezcla de crudo del Litoral llega al Separador a una presin de 5,2

Kg/cm2 y una temperatura de 22 C, y la mezcla de crudo Ixtal y Manik llega a 5.2 Kg/cm2 a

una temperatura de 80 C., estos separadores se encuentran ubicados en el 2 nivel de la

plataforma Abkatn Delta Permanente.

En el 2 nivel de la plataforma, el gas obtenido de la separacin en los 2 recipientes entra al

rectificador de 1 Etapa (FA-3102), a una presin de 6 a 7 Kg/cm 2 por la mezcla Ixtal y Manik

y temperatura de 49 C, cuyo gas de salida va, a travs de una vlvula controlada por

presin, y llevarlo hacia los Separadores de Condensados de Alta Presin 1 Etapa (FA-3105

A/B).

El aceite separado en el Separador (FA-3101 A) es llevado hacia el Separador de 2 Etapa


19/172



19

(FA-3103 A), igualmente, el aceite separado en (FA-3101B) es llevado hacia el Separador de

2 Etapa (FA-3103 B). El agua y condensado separado tanto en el Rectificador de 1 Etapa

(FA-3102) como en los Separadores de Condensados de Alta Presin 1 Etapa (FA-3105 A/B),

son llevados al Separador de 2. Etapa (FA-3103 B). Estos Separadores de 2 Etapa separan

gas hacia el Rectificador de 2 Etapa (FA-3104), ubicado en el 3er. nivel, y el aceite es

enviado hacia el sistema de bombeo que lo transfiere a Dos Bocas por la lnea 3 va Pol-A. En

la Figura 5 se muestra el diagrama de flujo de proceso de la plataforma.


20/172

Determinacin de la Confiabilidad de un Sistema de Turbo - Compresin de Gas Amargo, bajo una Configuracin k de n en el Golfo deMxico.


2

Figura 5. Diagrama flujo de proceso Abkatn-D Permanente


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21

El gas de salida del Rectificador de 2 Etapa (FA-3104) es enviado, mediante una vlvula

controlada por nivel al Enfriador de gas de baja Presin 2 Etapa (EC-3102), el cual extrae el

gas a una presin de 1.3 Kg/cm2 y una temperatura de 34 C. Esta corriente de gas entra al

Separador de Condensados de 2 Etapa Baja Presin (FA-3106), el cual enva el condensado

hacia el tanque recuperador de crudo mediante una vlvula controlada por nivel, y el gas

entra al Separador de baja presin (V-200 A) mediante una vlvula controlada por presin, el

cual separa el gas a una presin de 1.3 Kg/cm2 y temperatura de 34 C para ser comprimido

por los Compresores Recuperadores de Vapor (TC-200 A/B), los cuales comprimen el gas

hasta 6 Kg/cm2 y 106 C envindolo al enfriador (EC-200) que baja la temperatura a 52 C y

entrando a otro Separador (V-200 B) que enviar el gas hacia la entrada de los Separadores

de Condensados de Alta Presin 1 Etapa (FA-3105 A/B). Los condensados obtenidos en (FA-

3106), (V-200A) y (V-200B), son enviados hacia el Tanque Recuperador de Crudo mediante

vlvulas controladas por nivel.

La corriente que entra a los Separadores de Condensados de alta presin 1 Etapa (FA-3105

A/B) es separada y el gas que sale de 6 a 7 Kg./cm2 y 45 C, entra al Tanque de Succin de

Compresin de baja presin 1 Etapa (V-101 A/B). El gas que sale del Tanque (V-101) de 6 a

7 Kg/cm2 y a 45 C entra a la 1 Etapa de Compresin, la cual eleva la presin a 13 Kg/cm2

y la temperatura a 128 C. Este gas pasa por el Enfriador de Gas (E-101 A/B) para entrar al

Tanque de Succin de 2 Etapa (V-102) de donde sale a una presin de 12 Kg/cm2 y una

temperatura de 50 C. Producto de la separacin en (V-101 A/B) y (V-102 A/B), se obtiene

condensado y agua que son enviados hacia el Separador de 2 Etapa (FA-3103 B) mediante

una vlvula controlada por nivel, donde previamente se explic el destino del gas y aceite

separado.

La 2 etapa de compresin eleva el gas de 12 a 30 Kg/cm2 y la temperatura de 50 a 116 C,

por lo que es pasado por el enfriador de alta 2 Etapa (E-102 A/B), entrando al tanque de

Succin de 3 Etapa (V-103 A/B), donde es enviado hacia la 3 Etapa de compresin a 29

Kg/cm2 y 50 C, y el condensado separado se enva hacia la descarga de gas a Atasta va

Abkatn Alfa / Pol-Alfa, mediante una vlvula controlada por nivel.


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22

La corriente a 29 Kg/cm2 y 50 C que entra a la 3 etapa de compresin es elevada a 70

Kg/cm2 y 128 C, esta es pasada por el Enfriador de Gas de alta presin 3 Etapa (E-103

A/B), donde el gas pasa por el Separador (V-104 A/B), manteniendo en la salida del

separador la presin de 70Kg/cm2 y la temperatura en 50 C. Este gas pasa directo al

gasoducto para finalmente ser enviado hacia Atasta va Abkatn Alfa / Pol-Alfa. Los

condensados derivados de la separacin en (V-104 A/) son enviados hacia la descarga de gas

a Atasta va Abkatn Alfa/Pol-Alfa, mediante una vlvula controlada por nivel.

Para el servicio de alta presin se tienen 2 mdulos de compresin de 110 MMPCD cada uno,

con una presin de succin de 5.2 Kg/cm2 y una presin de descarga de 70 Kg/cm2, el

diagrama esquemtico del tren de compresin Nuovo Pignone se muestra en la Figura 6, y

los componentes del tren de compresin del mdulo por fabricante se muestran en la Tabla 4.

Figura 6. Tren de Compresin


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23

Tabla 4 Mdulos de Compresin



7Abkatn-D Permanente Nuovo Pignone Nuovo Pignone General Electric

8

La filosofa operacional de operacin del centro de proceso para el sistema de compresin de

gas es que ambos mdulos operen simultneamente.

Para el manejo de vapores a baja presin, se cuenta con dos compresores Solar Saturn cuyas

capacidades de manejo de gas son de 7 MMPCD cada uno, que por diseo asisten en la

seccin de baja presin a los 2 trenes de compresin indicados en la Tabla 4.

Para efectos del Anlisis de la Confiabilidad, el mdulo de compresin se dividi en sistemas,

los cuales siguen una secuencia lgica y se basa en la estructura convencional adoptada por

la CMEDSA, que adems es similar a la adoptada en la referencia internacional OREDA.


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24

2.4. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-A CompresinCada mdulo de compresin debe comprimir y transferir a la estacin de re-compresin Atasta de

95 a 110 MMPCD de gas amargo a una presin de 65 a 70 kg/cm2 respectivamente.

Las condiciones de operacin bajo las cuales se desempea el proceso de compresin de gas de

estos mdulos, se muestran en el diagrama Entrada-Proceso-Salida (Figura 7) de la plataforma

Abkatn-A.

Figura 7. Diagrama EPS Abkatn-A Compresin

2.5. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-A PermanenteEl mdulo de compresin debe comprimir y transferir a la estacin de re-compresin de

Atasta de 95 a 110 MMPCD de gas amargo a una presin de 65 a 70 kg/cm 2 respectivamente.

Las condiciones de operacin bajo las cuales se desempea el proceso de compresin de gas

de este mdulo, se indican en el diagrama Entrada-Proceso-Salida (Figura 8) de la plataforma

Abkatn-A Permanente.


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25

Figura 8. Diagrama EPS Abkatn-A Permanente

2.6. Misin de los mdulos de compresin de Abkatn-D PermanenteCada mdulo de compresin debe comprimir y transferir a la estacin de re-compresin de

Atasta de 95 a 110 MMPCD de gas amargo a una presin de 65 a 70 kg/cm 2 respectivamente.

Las condiciones de operacin bajo las cuales se desempea el proceso de compresin de gas

de este mdulo, se indican en el diagrama Entrada-Proceso-Salida (Figura 9) de la plataforma

Abkatn-D Permanente.


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26

Figura 9. Diagrama EPS Abkatn-D Permanente


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27

3. Arreglo Fsico del SistemaEn esta fase se estructura el diagrama de bloques, para considerar los arreglos de los que

permitan, una vez estimados los valores individuales de confiabilidad de cada sistema, simular y

calcular la confiabilidad total del mdulo de compresin. Este diagrama funcional se debe basar en

los planos reales de la instalacin, y se deben considerar todos los tems principales, as como los

auxiliares.

3.1. Premisas para el Anlisis de ConfiabilidadPara la construccin de los diagramas de bloques funcionales y de confiabilidad, as como para el

desarrollo del Anlisis de Confiabilidad de los mdulos de compresin, se tomaron en cuenta las

siguientes premisas:

El volumen de control que se analizar, comprende los ocho mdulos de compresin de loscentros de proceso Abkatn-A Compresin (4), Permanente (2) y Abkatn-D Permanente (2).

Para el Anlisis de confiabilidad se considerar la siguiente estrategia de operacin de losmdulos de compresin:

Abkatn-A Compresin: 3 mdulos operando de 4. Abkatn-A Permanente: los 2 mdulos operando. Abkatn-D Permanente: los 2 mdulos operando.

La base de datos utilizada es la proporcionada por la CMEDSA, la cual se valid con bitcorasde campo.

Para el tratamiento de los datos, el Tiempo declarado en Mantenimiento Correctivo seconsidera igual que el Tiempo Fuera de Servicio que se registr en la base de datos

proporcionada por la CMEDSA.

El Anlisis de Confiabilidad se realiza para cada uno de los sistemas que componen el mdulode compresin.

Para determinar el tiempo entre fallas de los sistemas, se consideran las fechas de arranquedespus de la ltima intervencin de mantenimiento mayor de los equipos principales.

Se considerarn los tiempos entre fallas, tomando en cuenta los datos censurados por tiempoy no por falla (cuando existan).


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28

Para la elaboracin de los diagramas de bloques funcionales slo se consideran aquelloselementos mantenibles para los cuales existen fallas declaradas en la base de datos

proporcionada por la CMEDSA.

El sistema de Deteccin Gas-Fuego queda excluido del Anlisis por ser parte del sistema deproteccin y seguridad del Centro de Procesos Abkatn-A (no nica y operativamente delmdulo), y debido a que puede llegar a actuar por causas ajenas a la operacin directa del

mdulo de compresin.

Para los casos en donde se cuenta con muy pocos datos de tiempo entre fallas, y que ladistribucin de densidad de probabilidad generada sea uniforme o triangular, se determinan

las distribuciones de densidad de probabilidad con base a los resultados provenientes del

tratamiento estadstico de los tiempos entre fallas de los cuatro mdulos (ubicados en

Abkatn-A Compresin) para cada sistema donde sea requerido, pues el comportamiento

estadstico puede ser ms representativo que utilizar una base de datos genrica.

Para hacer este tratamiento estadstico se asume que los ocho mdulos de compresin deAbkatn se encuentran sujetos a las mismas condiciones ambientales, operativas y

administrativas.

A pesar de que se estn definiendo las funciones de confiabilidad para cada mdulo ysistemas, se listan los valores de confiabilidad para una proyeccin de tiempo de: 0, 7, 15,

30, 60, 90, 180 y 365 das de operacin, lo que permite ilustrar los diferentes

comportamientos de ocurrencia de falla.


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29

3.2. Diagrama de bloques funcionalesLos diagramas de bloques funcionales definidos consideraron la siguiente estructura que se

muestra a continuacin.

El arreglo funcional general es el que se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Diagrama de Bloques Funcionales Nivel Plataforma

Frontera delA.E.C

PolBatabChuc A

RMNE

Litoral

Pol A

Abkatn A-C

Abkatn D-P

Abkatn A-P

Atasta

Crudo

Crudo

GasProceso

Crudo

Ixtal ManikABK BLitoralCaanTarat

KamaabABK

GasProceso

Frontera delA.E.C

PolBatabChuc A

RMNE

Litoral

Pol A

Abkatn A-C

Abkatn D-P

Abkatn A-P

Atasta

Crudo

Crudo

GasProceso

Crudo

Ixtal ManikABK BLitoralCaanTarat

KamaabABK

GasProceso


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30

Funcionalmente (Figura 11), los mdulos de compresin de Abkatn-A Compresin, Permanente y

Abkatn-D Permanente, se encuentran dispuestos bajo un sistema de operacin en paralelo. Los

mdulos tienen una misma lnea de succin y la descarga va tambin a un solo cabezal, que

conduce finalmente el gas a la estacin de re-compresin de Atasta.

Figura 11. Diagrama de Bloques Funcionales Nivel Mdulos

Abkatn AlfaCompresin

Mdulo 1

Mdulo 3

Mdulo 2

Mdulo 4

Abkatn AlfaCompresin

Mdulo 1

Mdulo 3

Mdulo 2

Mdulo 4


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31

Para el caso de los sistemas que forman parte de los mdulos de compresin, estos se encuentran

funcionalmente dispuestos bajo un sistema operacional en serie. Las entradas y salidas de cada

sistema del mdulo se muestran en la Figura 12.

Figura 12. Diagrama de Bloques Funcionales Nivel Sistemas

SistemasIndependientes

SistemasAuxiliares

Sistemas Funcionales del Mdulo

3. Compresin

7. AceiteLubricante

2. Transmisin

8. Monitoreo,Proteccin y

Control

6. Sellado

1. Potencia

5. GeneracinElctrica

10. DeteccinGas-Fuego

9. Gas deProceso

4. GasCombustible

Enfriador EnergaInstrumentos

Remotos

EnergaMecnica

EnergaCalorfica

EnergaMecnica

EvitaFugas deGas

EnergaElctrica

Evitadesgaste ytransfierecalor

ControlaVariables

Entrada Gas de Baja PresinSalida Gas de Alta Presin

SistemasIndependientes

SistemasAuxiliares

Sistemas Funcionales del Mdulo

3. Compresin

7. AceiteLubricante

2. Transmisin

8. Monitoreo,Proteccin y

Control

6. Sellado

1. Potencia

5. GeneracinElctrica

10. DeteccinGas-Fuego

9. Gas deProceso

4. GasCombustible

Enfriador EnergaInstrumentos

Remotos

EnergaMecnica

EnergaCalorfica

EnergaMecnica

EvitaFugas deGas

EnergaElctrica

Evitadesgaste ytransfierecalor

ControlaVariables

Entrada Gas de Baja PresinSalida Gas de Alta Presin

Como se puede observar en la figura anterior, se cuenta con tres secciones o campos:

Sistemas Funcionales del Mdulo. Son los que se encuentran directamente vinculados con elcumplimiento de la funcin del mdulo de compresin.

Sistemas Auxiliares: Soportan directamente a los sistemas funcionales para que sean capacesde cumplir con la funcin principal del equipo.

Sistemas Independientes. Son aquellos que pueden provocar una prdida de la funcin delmdulos completo, an sin la presencia de una falla en los sistemas funcionales principales o

auxiliares.


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32

3.3. Diagrama de bloques de confiabilidadEntendidas las funciones de cada uno de los sistemas de los mdulos de compresin, y de acuerdo

a las premisas establecidas, se desarroll el Diagrama de Bloques de Confiabilidad que se

muestran en la Figura 13. Como se indic anteriormente, el sistema de Deteccin Gas-Fuego

queda excluido del Anlisis por ser parte del sistema de proteccin y seguridad del Centro de

Procesos Abkatn-A, ya que puede llegar a ocasionar un paro por causas ajenas a la operacin

directa del mdulo de compresin.

La misin de cada mdulo de compresin es comprimir y transferir a la estacin de re-compresin

Atasta de 95 a 110 MMPCD de gas amargo a una presin de 65 a 70 kg/cm2.

Cuando estos mdulos cumplen con su respectiva misin bajo los parmetros establecidos, sin que

ocurran fallas hasta los respectivos mantenimientos preventivos, se considera que la misin fue

alcanzada con xito.

En la Figura 13 se puede observar que, funcionalmente los diferentes sistemas que componen el

mdulo de compresin, se encuentran dispuestos bajo una configuracin en serie; de tal manera

que cuando se produzca una falla en cualquiera de los sistemas se perder completamente la

funcin del mdulo de compresin y no se podr completar exitosamente la misin establecida.

La expresin matemtica que rige esta configuracin se mostrar ms adelante en la seccin

correspondiente.


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33

Figura 13. Diagrama de Bloques de Confiabilidad Sistemas

Entradas - Salidas

Sistemas del Mdulo

Sistemas Auxiliares

E

8. Sistema deProteccin,Monitoreo y

Control

S

7. Sistema deAceite

Lubricante

9. Sistema deGas de Proceso

3. Sistema deCompresin

2. Sistema deTransmisin

6. Sistema deSellado

1. Sistema dePotencia

5. Sistema deGeneracin

Elctrica

4. Sistema deGas Combustible

Entradas - Salidas

Sistemas del Mdulo

Sistemas Auxiliares

E

8. Sistema deProteccin,Monitoreo y

Control

S

7. Sistema deAceite

Lubricante

9. Sistema deGas de Proceso


2. Sistema deTransmisin


1. Sistema dePotencia


Elctrica

4. Sistema deGas Combustible


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34

De la misma manera, al desarrollar el Diagrama de Bloques a nivel de subsistemas (Figura 14), se

puede observar que en su conjunto se encuentran dispuestos funcionalmente bajo una

configuracin serie, rigindose por las mismas caractersticas que se mencionaba para el diagrama

de bloques de confiabilidad por sistemas.

Figura 14. Diagrama de Bloques de Confiabilidad Subsistemas

Entradas - Salidas

Subsistemas del Mdulo

Sistemas Auxiliares

E

7.2 AceiteLubricante

Mineral

8. Sistema de

Proteccin,Monitoreo y

Control

S


2.1 Sistema deTransmisin

Principal



Auxiliar


Elctrica

4.1 Sistema deGas de Arranque

1.1 Generador deGas

4.2 Sistema deEncendido

1.2 Turbina dePotencia

7.1 AceiteLubricanteSinttico

9. Enfriamientoy

Acondicionamiento de Gas

Entradas - Salidas

Subsistemas del Mdulo

Sistemas Auxiliares

E

7.2 AceiteLubricante

Mineral

8. Sistema de

Proteccin,Monitoreo y

Control

S



Principal



Auxiliar


Elctrica

4.1 Sistema deGas de Arranque

1.1 Generador deGas

4.2 Sistema deEncendido

1.2 Turbina dePotencia

7.1 AceiteLubricanteSinttico

9. Enfriamientoy

Acondicionamiento de Gas


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35

3.4. Modelo matemtico de confiabilidadEl modelo matemtico se deriva de los diagramas de bloques, combinando la confiabilidad de cada

uno de los bloques que lo componen para estimar la confiabilidad del sistema mayor. Los modelos

matemticos se construyen con objeto de calcular la confiabilidad de los tems a partir delcomportamiento de los dispositivos de nivel inferior. En el sentido ms amplio se aspira a reunir en

un modelo todos los posibles modos de falla del sistema, e incluso tratar de hallar la expresin de

la confiabilidad como funcin explcita del tiempo y la tasa de fallas.

Para el caso que se est analizando se encuentra bajo la configuracin serie. Un sistema en serie

es aquel en el que el fallo de uno cualquiera de sus componentes significa el fallo del sistema, en

este caso del mdulo de compresin. En otros trminos, un sistema en serie es el que carece de

redundancia entre bloques, aunque stos puedan contener dispositivos redundantes de nivel

inferior.

En este caso, la expresin matemtica que determina la confiabilidad total del mdulo viene dada

por la regla de LUSSER o del producto de confiabilidades siguiente:

,n

i

iS tR=(t)R 1

)(

Dnde:

Rs(t) = Confiabilidad de la configuracin serie

Ri = Confiabilidad de cada elemento del sistema

n

j 1

Multiplicatoria

De aqu se deduce que la confiabilidad total del mdulo de compresin, cuyos sistemas se

encuentran en serie, ser menor o igual que la confiabilidad menor existente en sus bloques.


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36

4. Revisin de los Datos HistricosPara el Anlisis de la Confiabilidad de los mdulos se consideraron las fallas que se declararon en

la base de datos que proporcion la CMEDSA. En este caso, los componentes mayores

considerados susceptibles a fallas, incluyendo los sistemas y sub-sistemas a los cuales pertenecen,

se describen en la Tabla 5.

Tabla 5. Componentes de los Subsistemas

Sistema Subsistema Componente

1. Potencia

1.1 Generador de Gas

1.1.1 Estator del compresor

1.1.2 Rotor del compresor

1.1.3 Chumaceras

1.1.4 Filtros

1.1.5 Cmara de combustin

1.1.6 Sellos

1.2 Turbina de Potencia

1.2.1 Rotor

1.2.2 Carcaza

1.2.3 Chumaceras

1.2.4 Sellos

2. Transmisin

2.1 Transmisin Principal

2.1.1 Engranaje

2.1.2 Carcaza

2.1.3 Chumaceras

2.1.4 Sellos

2.1.5 Coples

2.2 Transmisin Auxiliar

2.2.1 Engranaje

2.2.2 Carcaza

2.2.3 Chumaceras

2.2.4 Sellos

2.2.5 Coples

3. Compresin

3.1 Rotor

3.2 Carcaza

3.3 Chumaceras

3.4 Antisurge

4. Gas Combustible 4.1 Gas de Arranque

4.1.1 Control de arranque

4.1.2 Gas de arranque

4.1.3 Unidad de arranque


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37

Sistema Subsistema Componente

4.2 Encendido

4.2.1 Inyectores

4.2.2 Bujas y detectores de flama

5. Generacin Elctrica

5.1 Rotor5.2 Estator

5.3 Excitatriz

5.4 Chumaceras

5.5 Regulador de voltaje

5.6 Switch transferencia automtica

6. Sellado

6.1 Sellos

6.2 Bomba

6.3 Sistema Buffer

6.4 Filtros

7. Lubricante

7.1 Lubricante Sinttico

7.1.1 Bomba de lubricacin

7.1.2 Filtros y sellos

7.1.3 Depsito

7.2 Lubricante Mineral

7.2.1 Bomba de lubricacin

7.2.2 Filtros y sellos

7.2.3 Depsito

8. Proteccin,

Monitoreo y Control

8.1 Instrumentos y dispositivos

8.2 CPU y PLC

8.3 Actuadores

8.4 Cableado/Caja de conexiones

De la base de datos se calcularon los tiempos entre falla de cada sistema de los mdulos, los

cuales se procesaron en una archivo electrnico Excel para facilitar el proceso del manejo

estadstico de la informacin capturada.

La siguiente Tabla 6 es un ejemplo de la informacin referida, en la que se muestran slo algunos

tiempos entre fallas para los sistemas del Mdulo 1. El total de la informacin se puede

proporcionar bajo solicitud en archivo electrnico, denominado:TEF-Mdulo 1alTEF-Mdulo 8

para su mejor manejo y filtrado de los datos, de acuerdo a la informacin del sistema que se

requiera analizar.


38/172



38

Tabla 6. Ejemplo de Tiempos Entre Fallas

Sistema Tiempo entre fallas (Hrs.)

Sistema de Aceite Lubricante

3590.8

34.3

723.7

4323.4

675.7

1209.9

525.9

Sistema de Compresin

1468.3

1001.7

1246.3

4927.9

112.8

38.2

102.2

2267.3

Sistema Gas Combustible

2040.8

1328.5

128.5

5344.9

11.3

2241.8


39/172



39

Sistema Tiempo entre fallas (Hrs.)

Sistema de Gas de Proceso

1468.2

6.8

1424.9

1782.5

4504.8

1978.7


40/172



40

5. Estimacin de ConfiabilidadEn base a lo establecido en el enfoque metodolgico, se proceder a desarrollar el Anlisis de la

Confiabilidad en las siguientes secciones, para cada mdulo.

Una vez que obtenida la informacin de los tiempos entre fallas, se procedi a realizar el Anlisis

para determinar la funcin de distribucin de probabilidad que toman los tiempos entre fallas de

los diferentes sistemas analizados.

Para apoyar este proceso se utiliz un software especializado en el tratamiento estadstico de la

informacin, el cual utiliza la distribucin de probabilidad para describir la incertidumbre de una

serie de datos. De una galera de diferentes tipos de distribuciones, este software selecciona

aquella que mejor describe la distribucin de los datos y calcula los parmetros de posicin, forma

y escala, de acuerdo a la distribucin de probabilidad seleccionada.

Adicionalmente, es necesario comentar que de acuerdo al tipo de datos que arrojan los procesos,

equipos o eventos analizados, se tienen determinadas funciones de distribucin probabilstica.

De acuerdo a lo anterior, los datos de tiempo entre falla que arroja la maquinaria, tiene varias

distribuciones que son comunes en el rea de la confiabilidad de equipos, las cuales se mencionan

en la Tabla 7.

Tabla 7. Funciones de Distribucin

Triangular

Exponencial

Gamma

Uniforme

Weibull

Log normal

Normal

R(x)f(x)Distribucin

Triangular

Exponencial

Gamma

Uniforme

Weibull

Log normal

Normal

R(x)f(x)Distribucin

2

2

1exp

2

1

x

xIxP 1)(1

2ln

2

1exp

2

1

x

x

xIxP

ln1)(1

xxexp

)(

)( 1

texp

xnn

exn

1

)(

!

)(

k

ex xk

/1 xe x

e

minmax

1

xx minmax

min1xx

xa

)).((

1minminmax

2

min

xxxx

xx

mprob

)).((

2

minminmax

min

xxxx

xx

mprob

2

2

1exp

2

1

x

xIxP 1)(1

2ln

2

1exp

2

1

x

x

xIxP

ln1)(1

xxexp

)(

)( 1

texp

xnn

exn

1

)(

!

)(

k

ex xk

/1 xe x

e

minmax

1

xx minmax

min1xx

xa

)).((

1minminmax

2

min

xxxx

xx

mprob

)).((

2

minminmax

min

xxxx

xx

mprob


41/172



41

Para realizar el Anlisis de Confiabilidad se utilizarn las proyecciones de tiempos pre-establecidos

en las premisas, los cuales se muestran en la siguiente Tabla 8.

Tabla 8. Intervalos de tiempopara la determinacin de la confiabilidad

Das Horas

0 0

7 168

15 360

30 720

60 1440

90 2160

180 4320

365 8760

Una vez que se tiene el clculo de la confiabilidad de los diferentes sistemas y considerando el

diagrama de bloques de confiabilidad, se aplica el modelo matemtico desarrollado para la

configuracin serie cuya ecuacin se describe a continuacin:

,

n

iiS tR=(t)R 1 )(

Dnde:

Rs(t) = Confiabilidad de la configuracin serie o del mdulo

Ri = Confiabilidad de cada elemento del sistema

n

j 1

Multiplicatoria


42/172



42

5.1. Mdulo 1 Abkatn-A CompresinClculo de la confiabilidad considerando los datos histricos del mdulo bajo anlisis, en este caso

del Mdulo de Compresin 1.

Derivado del anlisis de los datos de tiempo entre falla, y auxiliados por el software mencionado,

se obtuvieron los siguientes resultados para los sistemas del mdulo 1. Es de hacerse notar que

los resultados mostrados en la Tabla 9, son las mejores aproximaciones dentro de las

distribuciones comunes para el rea de confiabilidad de equipos.

Tabla 9 Resultados de las Funciones de Densidad de Probabilidad Mdulo 1

SistemaAnalizado

Distribucinde

ProbabilidadGrfico

AceiteLubricante

Weibull


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad

Distribucin Weibull

Parmetros

: 1.1309

: 1972.1

: -302.9


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad

Distribucin Weibull


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad

Distribucin Weibull

Parmetros

: 1.1309

: 1972.1

: -302.9

Compresin


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad Distribucin Weibull

Parmetros

: 0.8995

: 868.3

: -115.5


Tiempo Entre Fallas


Parmetros

: 0.8995

: 868.3

: -115.5


43/172



43

SistemaAnalizado

Distribucinde

ProbabilidadGrfico

GasCombustible

Sistema de Gas Combustible

Tiempo Entre Fallas


Parmetros

: 1.2418

: 2581.4

: -558.6

Sistema de Gas Combustible

Tiempo Entre Fallas


Parmetros

: 1.2418

: 2581.4

: -558.6

Gas deProceso

Weibull


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad

Distribucin Weibull Parmetros

: 3.4197

: 5059.4

: -2685.6


Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


: 3.4197

: 5059.4

: -2685.6

GeneracinElctrica

Sistema de Generacin Elctrica

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


: 0.5323

: 510.9

: 14.5

Sistema de Generacin Elctrica

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


: 0.5323

: 510.9

: 14.5


44/172



44

SistemaAnalizado

Distribucinde

ProbabilidadGrfico

Monitoreo,Proteccin y

Control

Sistema de Monitoreo, Proteccin y Control

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad Distribucin Weibull Parmetros

: 0.9343

: 1012.7

: -36.2

Sistema de Monitoreo, Proteccin y Control

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad Distribucin Weibull Parmetros

: 0.9343

: 1012.7

: -36.2

Transmisin Weibull

Sistema de Transmisin

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


: 0.7851

: 483.9

: -50.2

Sistema de Transmisin

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


: 0.7851

: 483.9

: -50.2

Potencia Exponencial

Sistema de Potencia

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad

Distribucin Exponencial

Parmetros

: 0.000368

Sistema de Potencia

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


Parmetros

: 0.000368


45/172



45

SistemaAnalizado

Distribucinde

ProbabilidadGrfico

Sellado Exponencial

Sistema de Sellado

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


Parmetros

: 0.00048

Sistema de Sellado

Tiempo Entre Fallas

Probabilidad


Parmetros

: 0.00048

Como se puede observar, en la tabla anterior se determinaron las distribuciones que ms se

ajustan a los datos, as como los diferentes parmetros que son necesarios para el clculo de la

confiabilidad.

Contando con ambos datos y ecuaciones anteriormente mostradas, el siguiente paso es el clculo

de la confiabilidad de los diferentes sistemas. En este caso del mdulo 1, y a manera de ejemplo,

se desarrolla el proceso de clculo para la confiabilidad del Sistema de Aceite Lubricante, cuyos

datos de tiempo entre fallas presentan una distribucin probabilstica del tipo Weibull.

La ecuacin de Weibull, en funcin del tiempo, para el clculo de la confiabilidad es la que se

muestra a continuacin:


46/172



46

ttR exp)(

R(t) es la confiabilidad en funcin del tiempo

> 0 es el parmetro de forma

> 0 es el parmetro de escala

00

)()( dttRdtttfTPEF

TPEF es el tiempo promedio entre falla

f(t) es la Funcin de Distribucin de Probabilidad

R(t) es la Funcin de Confiabilidad

Considerando los siguientes valores de los parmetros:

= 1.1309

= 1972.10

Podemos aplicar la ecuacin de Weibull del clculo de la confiabilidad para 168 y 360 horas,

tenemos el siguiente desarrollo matemtico:

9402.00617.0exp0852.0exp10.1972

168exp)168(

1309.1

1309.1

SALR

Sabiendo que la ecuacin para el clculo de la probabilidad de falla es:

)(1)( tRtF

Entonces la probabilidad de falla del Sistema de Aceite Lubricante a 168 horas es:

0598.09402.01)168( SALF


47/172



47

Aplicando el mismo procedimiento para el clculo de confiabilidad a 360 horas se tiene:

8641.01461.0exp1825.0exp10.1972

360exp)360(

1309.1

1309.1

SALR

Y la probabilidad de falla correspondiente a este tiempo es:

1359.08641.01)360( SALF

Prosiguiendo de la misma manera para los dems intervalos de tiempo se tienen los siguientes

resultados mostrados en la Figura 15 y Tabla 10.

Figura 15 Tendencia de la ConfiabilidadSistema de Aceite LubricanteMdulo 1 Abkatn-A Compresin


48/172



48

Tabla 10. Valores F(t) y R(t)Sistema Aceite Lubricante

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00451.00365

0.08830.91180

0.33010.6790

0.49620.5060

0.72620.2730

0.86410.1415

0.94020.067

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00451.00365

0.08830.91180

0.33010.6790

0.49620.5060

0.72620.2730

0.86410.1415

0.94020.067

R (t)F (t)T

(Das)

Al desarrollar el mismo procedimiento de clculo para todos los dems sistemas se obtuvieron los

resultados que se muestran en la Tabla 11.


49/172



4

Tabla 11. Resultados Mdulo 1, Abkatn-A Compresin

Sistema Tendencia de la Confiabilidad

Compresin

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00031.00365

0.01450.99180

0.10330.9090

0.20680.7960

0.42960.5730

0.63570.3615

0.79600.207

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00031.00365

0.01450.99180

0.10330.9090

0.20680.7960

0.42960.5730

0.63570.3615

0.79600.207

R (t)F (t)T

(Das)

Gas Combustible

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.01050.99365

0.15030.85180

0.44870.5590

0.61610.3860

0.81480.1930

0.91700.0815

0.96690.037

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.01050.99365

0.15030.85180

0.44870.5590

0.61610.3860

0.81480.1930

0.91700.0815

0.96690.037

R (t)F (t)T

(Das)


50/172



5


Gas de Proceso

1.00000.0000

8760

4320

21601440

720

360

168

T(Horas)

0.00001.00365

0.55850.44180

0.94700.05900.98650.0160

0.99870.0030

0.99990.0015

1.00000.007

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

21601440

720

360

168

T(Horas)

0.00001.00365

0.55850.44180

0.94700.05900.98650.0160

0.99870.0030

0.99990.0015

1.00000.007

R (t)F (t)T

(Das)

GeneracinElctrica

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.01070.99365

0.04440.96180

0.11600.8890

0.17620.8260

0.30110.7030

0.43610.5615

0.57510.427

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.01070.99365

0.04440.96180

0.11600.8890

0.17620.8260

0.30110.7030

0.43610.5615

0.57510.427

R (t)F (t)T

(Das)


51/172



5


Monitoreo,Proteccin y

Control

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00051.00365

0.02070.98180

0.13140.8790

0.24920.7560

0.48330.5230

0.68350.3215

0.82970.177

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00051.00365

0.02070.98180

0.13140.8790

0.24920.7560

0.48330.5230

0.68350.3215

0.82970.177

R (t)F (t)T

(Das)

Potencia

1.00000.0000

87604320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.03980.963650.20400.80180

0.45160.5590

0.58870.4160

0.76720.2330

0.87590.1215

0.94000.067

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

87604320

2160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.03980.963650.20400.80180

0.45160.5590

0.58870.4160

0.76720.2330

0.87590.1215

0.94000.067

R (t)F (t)T

(Das)


52/172



5


Sellado

1.00000.0000

8760

4320

21601440

720

360

168

T(Horas)

0.01490.99365

0.12570.87180

0.35460.65900.50100.5060

0.70780.2930

0.84130.1615

0.92250.087

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

4320

21601440

720

360

168

T(Horas)

0.01490.99365

0.12570.87180

0.35460.65900.50100.5060

0.70780.2930

0.84130.1615

0.92250.087

R (t)F (t)T

(Das)

Transmisin

1.00000.0000

8760

43202160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00011.00365

0.00381.001800.03930.9690

0.09500.9160

0.25510.7430

0.45260.5515

0.64670.357

R (t)F (t)T

(Das)

1.00000.0000

8760

43202160

1440

720

360

168

T(Horas)

0.00011.00365

0.00381.001800.03930.9690

0.09500.9160

0.25510.7430

0.45260.5515

0.64670.357

R (t)F (t)T

(Das)


53/172



53

A continuacin se muestra el desarrollo matemtico para el clculo de la confiabilidad del mdulo

de compresin de gas 1 para un tiempo de 168 y 360 horas respectivamente considerando que la

configuracin de sus sistemas es en serie.

Para facilitar el proceso de sustitucin de los datos en la ecuacin, en los diferentes escenarios

analizados, se usar la Tabla 12 de acrnimos.

Tabla 12. Tabla de Acrnimos

No. Sistema Acrnimo

1 Aceite Lubricante SAL

2 Compresin SC

3 Gas Combustible SGC

4 Gas de Proceso SGP

5 Generacin Elctrica SGE

6 Monitoreo Proteccin y Control SMPC

7 Potencia SP

8 Sellado SS

9 Transmisin ST

Sustituyendo entonces:

)168(*)168(*)168(*

)168(*)168(*)168(*)168(*)168(*)168()168()168(9

11

STSSSP

SMPCSGESGPSGCSCSALii

M

RRR

RRRRRRRR

Sustituyendo los valores de confiabilidad para 168 horas:

6467.0*9225.0*9400.0*8297.0*5751.0*0000.1*9669.0*7960.0*9402.0)168(1 MR

1936.0)168(1 MR

Resolviendo ahora para 360 horas:

)360(*)360(*)360(*

)360(*)360(*)360(*)360(*)360(*)360()360()360(9

11

STSSSP

SMPCSGESGPSGCSCSALii

M

RRR

RRRRRRRR


54/172



54

Ahora sustituyendo para los valores de confiabilidad a 360 horas:

4526.0*8413.0*8759.0*6835.0*4361.0*9999.0*9170.0*6357.0*8641.0)360(1 MR

0501.0)360(1 MR

Finalmente, en la Figura 16 se pueden observar las diferentes funciones de confiabilidad para cada

uno de los nueve sistemas analizados, as como la resultante de la confiabilidad para el mdulo de

compresin 1.

Figura 16 Grfica Comparativa de ConfiabilidadMdulo 1

Abkatn-A Compresin


55/172



55

La Tabla 13 muestra el resultado general de confiabilidad para el mdulo 1 y sus diferentes

sistemas, as como el tiempo promedio entre falla calculado mediante la integral siguiente para

cada sistema analizado y para la confiabilidad total del mdulo de compresin:

0

)( dttRTPEF

Dnde:

TPEF es el tiempo promedio entre fallas

R(t) es la Funcin de Confiabilidad

Tabla 13. Tabla General Resultados Confiabilidad Mdulo 1

101.060.00000.00000.00000.00010.00510.05010.1936Confiabilidaddel Mdulo

555.920.00010.00380.03930.09500.25510.45260.6467HistricoSistema de Transmisin

2083.830.01490.12570.35460.50100.70780.84130.9225HistricoSistema de Sellado

2717.880.03980.20400.45160.58870.76720.87590.9400HistricoSistema de Potencia

1045.400.00050.02070.13140.24920.48330.68350.8297HistricoSistema de Monitoreo, Proteccin y Control

916.140.01070.04440.11600.17620.30110.43610.5751HistricoSistema de Generacin Elctrica

4547.140.00150.55850.94700.98650.99870.99991.0000HistricoSistema de Gas de Proceso

2408.420.01050.15030.44870.61610.81480.91700.9669HistricoSistema de Gas Combustible

914.390.00030.01450.10330.20680.42960.63570.7960HistricoSistema de Compresin

1886.650.00450.08830.33010.49620.72620.86410.9402HistricoSistema de Aceite Lubricante

8760432021601440720360168Horas

Sistema Analizado 365180906030157Das TPEF

R(t)

101.060.00000.00000.00000.00010.00510.05010.1936Confiabilidaddel Mdulo

555.920.00010.00380.03930.09500.25510.45260.6467HistricoSistema de Transmisin

2083.830.01490.12570.35460.50100.70780.84130.9225HistricoSistema de Sellado

2717.880.03980.20400.45160.58870.76720.87590.9400HistricoSistema de Potencia

1045.400.00050.02070.13140.24920.48330.68350.8297HistricoSistema de Monitoreo, Proteccin y Control

916.140.01070.04440.11600.17620.30110.43610.5751HistricoSistema de Generacin Elctrica

4547.140.00150.55850.94700.98650.99870.99991.0000HistricoSistema de Gas de Proceso

2408.420.01050.15030.44870.61610.81480.91700.9669HistricoSistema de Gas Combustible

914.390.00030.01450.10330.20680.42960.63570.7960HistricoSistema de Compresin

1886.650.00450.08830.33010.49620.72620.86410.9402HistricoSistema de Aceite Lubricante

8760432021601440720360168Horas

Sistema Analizado 365180906030157Das TPEF

R(t)

El TPEF resultante es la conjugacin del arreglo en serie de los diferentes TPEF de los sistemas.


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5.2. Mdulo 2 Abkatn-A CompresinProcediendo de la misma manera que en mdulo 1, se tiene que los resultados mostrados en la

Tabla 14, son las mejores aproximaciones dentro de las distribuciones comunes para el rea de

confiabilidad de equipos. Como se podr notar en el mdulo 2 se conjugan distribuciones

triangulares y uniformes por los pocos datos con que se cuent

análisis de confiabilidad para un sistema de turbocompresión

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