Bateras de Separacin y Ductos.

El almacenamiento contina siendo una actividad indispensable en el transporte y manejo de hidrocarburos. La seleccin del tipo y tamao de tanque est regida por la relacin produccin-consumo, las condiciones ambientales, la localizacin del tanque y el tipo de fluido a almacenar.

El almacenamiento se puede realizar en tres tipos de instalaciones: superficiales, subterrneas y en buques tanque.

La capacidad de dichas instalaciones vara desde unos cuantos metros cbicos hasta miles de ellos.

Existe una gran variedad de Tanques y su clasificacin es igualmente amplia, los hay para el almacenamiento de productos lquidos y gaseosos. Los materiales que se han empleado para su construccin, han sido: Madera, concreto, aluminio, plstico y acero inoxidable; siendo este ltimo el de mayor demanda por su resistencia y durabilidad. Las formas tambin han sido variadas, aunque predomina la forma cilndrica para el almacenamiento de grandes volmenes.

Los tanques pueden fabricarse y transportarse a su lugar de colocacin o bien armarse en el lugar mismo donde permanecern. Una forma tpica que se ha empleado para la clasificacin de tanques es por las caractersticas de su techo, en base a esto los hay de techo fijo y de techo flotante. Estos ltimos han tenido gran aceptacin debido a la ventaja adicional de controlar automticamente el espacio disponible a los vapores.

El sistema de sellado de los tanques es de suma importancia pues evita la emisin de vapores a la atmsfera, lo cual presenta varias desventajas y riesgos tanto econmicos como ambientales. Existen diversos sistemas de sello como es el caso de sello metlico el cual consiste de un anillo de zapatas de acero prensadas firmemente contra la envolvente, un delantal de tela flexible cierra el espaci entre las zapatas y el techo. Tambin existen sellos magnetizados y otros de tipo flotante internos.

Los tanques de techo flotante de doble puente y los llamados de pontones reducen las emisiones de vapores a la superficie y ofrecen mxima flotabilidad.

Es de vital importancia durante el diseo de un tanque, las condiciones a las que este va a operar, esto incluye bsicamente: presin y temperatura de trabajo. La presin de trabajo est en funcin de la presin de vapor del fluido que se almacenar adems de otros factores.

Cuando se trata de almacenamiento en buques tanque, las precauciones durante el vaciado y llenado de dichos tanques deben extremarse ya que cualquier derrame ocasionar adems de lo ya mencionado, una gran contaminacin. En general toda maniobra cualquiera que sea, debe realizarse con sumo cuidado cuando se trate de buques tanque pues el control de derrames o cualquier mal manejo ocasiona grandes prdidas econmicas y fuertes riesgos de incendio.Para el almacenamiento de gas natural se emplean: 1) Tanques superficiales de doble pared 2) Tanques superficiales de hormign reforzado 3) Tanques subterrneos a baja temperatura 4) Tanques subterrneos de hormign prensado

El ms empleado es el primero ya que su diseo permite que la presin de vapor se equilibre as misma.

Los tanques cuentan con accesorios diversos cada uno de los cuales cumple una funcin especfica. Algunos de estos accesorios son los siguientes: lneas de llenado y vaciado, vlvulas de presin y vaco, vlvulas de relevo, vlvulas de venteo, indicadores de nivel, registro de hombre (Manhole), escaleras, flotadores y soportes.

La seguridad de cualquier instalacin es sumamente importante, este factor toma especial importancia cuando se manejan productos flamables, dentro de los que caen los hidrocarburos. Las estaciones de almacenamiento cuentan con medios para evitar derrames y escapes de vapores. Los dispositivos de control de vapores van colocados en el techo del tanque y su descarga es conducida por una tubera la cual puede ventearlos a la atmsfera o bien conducirlos a una unidad recuperadora de vapores. Existen sistemas para deteccin de incendios y temperatura, algunos sistemas adems, controlan el siniestro con el empleo de productos qumicos. La colocacin de los dispositivos de control debe ser tal que su revisin y funcionamiento sea rpido y sencillo.

Los tanques estn provistos de sistemas de control de derrames, esto es un muro a su alrededor o bien un canal que conduzca el derrame a un sitio alejado y seguro, el cual debe tener una capacidad igual a la del tanque ms un porcentaje por seguridad. Por ltimo un programa adecuado de revisin y mantenimiento de la instalacin evitar las acciones de emergencia y las prdidas materiales y en ocasiones humanas.Tipos de Tanques

1) Tanques de Techo Cnico (Fig. IV.l)

Sus dimensiones aproximadas son de 250 pies de dimetro y 60 pies de altura. El techo est soportado por una estructura interna. El tanque de techo cnico y el de techo de domo son variaciones del tipo cilndrico.

En el tanque de techo de domo, el techo est formado por placas circulares que se auto soportan. El tipo paraguas son placas en forma de gajos. Raramente tienen ms de 60 pies de dimetro interno.

2) Tanques de Techo flotante. Estos tanques tienen gran aceptacin debido a que reducen las perdidas por vaciado y llenado, esto se logra ya sea eliminando o manteniendo constante el espacio destinado a vapores, arriba del nivel del lquido. La pared y techo son de acero y su construccin es semejante a los ya mencionados. El techo flota sobre el lquido. La forma ms simple de este tipo de tanque se representa en la Fig. IV.2.

Los tanques de pontones anulares y el de techo de doble capa, son algunos variantes de este tipo de tanques. La Figura IV.3 muestra los rasgos ms importantes de stos. El sello es de suma importancia especialmente en este tipo de tanques, ya que el hecho de que el techo sea mvil favorece a la fuga de vapores. El sello entre la pared y el techo mvil se logra por medio de zapatas que estn presionadas contra la pared por medio de resortes o contrapesos, con una membrana flexible atada entre la zapata y la cubierta del techo.

Existen otros tanques de techo flotante pero son menos empleados. La Figura IV.4 muestra otro tanque de techo flotante. Las prdidas de vapor se evitan mediante sellos lquidos. El techo es libre de moverse hacia arriba o hacia abajo dependiendo de la operacin de que se trate o bien por efectos de variacin de temperatura. El tanque de techo con domo de agua posee un domo a presin en el cual una membrana es libre de moverse hacia arriba o hacia abajo proporcionando una mayor capacidad de volumen.

3) Tanques de almacenamiento a baja presin.

Se emplean para el almacenamiento de productos voltiles, cuya presin a la temperatura de almacenaje varia de 0.5 a 15 lb/pg2. Pueden almacenar, crudos ligeros, naftas ligeras, pentano, etc.

Tanques de Almacenamiento.

LQUIDOS.

Los tanques de almacenamiento de hidrocarburos lquidos son los dispositivos que permiten guardar la produccin hasta que exista un mercado para su venta o bien hasta que se tenga sitio para su refinacin. Mientras el almacenamiento se lleva a cabo, el control del producto almacenado es de suma y vital importancia. La construccin de tanques de almacenamiento debe estar estrictamente apegada a normas establecidas por el A.P.I. El material del cual estn construidos, debe poseer caractersticas como: resistencia a la corrosin, al intemperismo, a la tensin, presin, etc. En la industria petrolera se han empleado tanques de diversos materiales, tales como: madera, plstico, concreto, aluminio y acero inoxidable. Se han construido de diversas capacidades y su construccin est en funcin del volumen que van a almacenar, entre otros aspectos. Los tanques de mayor uso son los de acero inoxidable, la coraza de estos tanques se construye con lmina de acero, que puede ser atornillada, remachada o unirse en tres formas: 1) a plomo, 2) con soldadura y tornillos, 3) con traslape telescopiado. La soldadura puede ser de dos tipos: vertical para resistir la presin hidrosttica del tanque y horizontal para soportar compresin originada por el mismo peso del tanque. Bsicamente existen tres tipos de techo: 1) con cubierta de agua, 2) flexible o de diafragma y 3) flotante. El empleo del primero persigue absorber el calor que por el ambiente el tanque adquiere y as mantenerlo a una temperatura menor que la ambiental, eliminando en cierta forma, las evaporaciones. El uso del segundo tipo de techo es debido a que ste se contrae y expande, cuando los vapores se condensan o se generan respectivamente. Dentro del tercer tipo existen variaciones como:

a) Tipo sartn b) Tipo doble capa circular c) Con cubierta de pontones d) Con pontones distribuidosDurante el diseo de un tanque y todos sus accesorios, se deben considerar condiciones extremas de presin y vaco. Las paredes de los tanques deben ser perfectamente hermticas de manera que se impida la formacin de bolsas y la acumulacin de lquido en su interior. Debe destinarse un volumen para lquido y otro para vapores, este ltimo no debe exceder el 20% del volumen total del tanque. Cuando se trata de tanques nuevos y en aquellos en que se han reparado el fondo y la coraza es recomendable que el tanque sea sometido a una inspeccin. Debe considerarse un nivel de lquido mximo de llenado y un mnimo de vaciado. Los aditamentos que se encuentran en el techo y pared del tanque, se disearn a una presin no menor de aquella a la que se disean las vlvulas de alivio; esto es, para presin y para vaco. Debe existir una tolerancia en cuanto a la presin existente en el espacio destinado a vapores y la presin de alivio a las vlvulas, de manera que puedan contenerse dentro del tanque, los vapores que por temperatura o agitacin se desprenden del aceite. La presin mxima permisible para el espacio de vapores no debe exceder a 15 lb/pg2 man. Todos los elementos que se encuentran bajo el nivel lquido se disearn para operar a condiciones ms severas que el resto del equipo, ya que estos estn sujetos a la carga hidrosttica del fluido y a las variaciones de presin por el efecto de llenado y vaciado. La construccin y capacidad del tanque depende de la cantidad y tipo de fluido que se pretenda almacenar, de su volatilidad y su presin de vapor. Los tanques que a continuacin se mencionan son para almacenar lquidos a presin mxima de 15 lb/pg2. Existen dentro del almacenamiento de hidrocarburos lquidos, dos grandes clasificaciones de tanques superficiales.

A) Tanques de almacenamiento atmosfricos. B) Tanques de almacenamiento a baja presin.

DISEO:

En el diseo de los tanques de almacenamiento para lquidos debe tomarse en cuenta los siguientes factores: 1) Presin interna tanto de llenado como de vaciado 2) El peso del tanque y su contenido, de vaco a lleno, con y sin la presin mxima. 3) El sistema de soporte considerando las caractersticas y propiedades del material. 4) Cargas adicionales; plataformas, escaleras, conexiones de tubera y en ocasiones la carga por depositacin de nieve en el techo. 5) Cargas de empuje ocasionadas por el viento. 6) Cargas ocasionadas por terremotos. 7) Aislamiento y forros. 8) Esfuerzos a la tensin y a la compresin. 9) Esfuerzos de corte.

Medidores de orificio. La medicin de gas y aceite, en la Industria Petrolera, tiene como objetivo, el control de la produccin. Se conoce como sistema de medicin a un conjunto de elementos que indican, registran y/o totalizan el fluido que pasa a travs de ellos y que se transfiere, ya sea de una entidad a otra o entre diferentes divisiones de la misma entidad.

En la industria del petrleo son empleados principalmente los medidores del tipo diferencial, aunque existen gran variedad de medidores basados en principios diferentes corno son los de desplazamiento positivo, turbomedidores y los computadores de aceite y contenido de agua.

Para medir grandes cantidades de gas se emplea ampliamente el medidor con placa de orificio (Medidor del tipo diferencial).

Este aparato no mide volmenes, sino que registra las presiones de flujo y a partir de estas presiones, se efecta el clculo del gasto de flujo circulante. Esto es posible, utilizando las relaciones que existen entre las presiones y las velocidades y entre esta ltima y el gasto que es lo que se trata de conocer. Este tipo de medidores consisten de un elemento primario que registra la presin diferencial y de un elemento secundario que mide esa precisin diferencial. Una precisin tpica varia de +/- 3% a +/- 0.5%, dependiendo del tipo de registro de lectura empleado.

Se han utilizado diferentes dispositivos para crear la presin diferencial, pero los elementos primarios ms comunes son el de placa de orificio, boquilla de flujo (toberas) y el Tubo de Venturi. Se utilizan tambin los Tubos de Pitot y otros dispositivos que emplean los efectos de impacto, succin u otros que se basan en la fuerza centrfuga o en la resistencia debida a la friccin. Medidor de Placa Orificio.Principio de FuncionamientoLa medicin de gas a travs de la placa orificio se basa en la restriccin de flujo que ocasiona este elemento, creando una presin diferencial que se relaciona con la velocidad del gas y a partir de la cual puede calcularse la tasa de flujo. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presin diferencial la cual es proporcional al cuadrado del caudal. El medidor consta de un elemento primario, compuesto por la placa orificio y la tubera del medidor, la cual tiene ciertos requerimientos de longitud y ubicacin de tomas de presin, y el elemento secundario, que registra la presin diferencial originada por la restriccin en la tubera, el cual puede ser mecnico o electrnico.

En la Figura 3.3, se presenta un medidor de orificio instalado, donde se puede detallar la tubera del medidor con las tomas de presin, la caja porta orificio y el elemento secundario, que en este caso es un computador de flujo electrnico.

Componentes

Este medidor consiste en un plato de orificio, un porta placa, una tubera acondicionada aguas arriba, una tubera acondicionada aguas abajo y en algunos casos un acondicionador de flujo (venas enderezadoras), y unas tomas de presin y temperatura. La seleccin del dimetro de la carrera de medicin depende del volumen del fluido a manejar.

Placa de orificio

Consiste en una placa metlica que presenta un agujero, cuyas dimensiones estn establecidas en las normativas vigentes internacionales. Este elemento es el encargado de generar la restriccin al paso del fluido la cual es proporcional al cuadrado del caudal. Las placas orificios pueden ser de tres tipos:

Orificio Concntrico: En este medidor, el orificio de la placa se encuentra en el centro. Los procedimientos de medicin son sencillos y no requieren detener el flujo. En la Figura 3.4 se presenta una placa de tipo concntrica.

Orificio Excntrico: En este medidor la ubicacin del orificio, generalmente hacia la parte superior de la tubera, le permite usarlo para medicin de fluidos con contaminantes slidos, aguas aceitosas y vapor hmedo.

Orificio Segmentado: Este medidor es similar al de tipo excntrico, donde el segmento abierto es colocado en el tope o en fondo de la lnea dependiendo del tipo de servicio para el cual se requiera.

Figura 3.4 Placa Orificio Concntrica.

Sujetadores de la placa orificio.

En los medidores de orificio, las placas se sujetan en bridas o dispositivos (denominados cajas porta placa) con el objeto de facilitar su insercin o remocin de la tubera, entre los cuales se mencionan:

Bridas: son acopladas al tubo medidor de forma tal que la superficie interna del conducto se extienda a travs de la brida y no quede ninguna cavidad antes de la placa, tomando como referencia una medida paralela al eje del tubo. Su funcin es sostener la placa de orificio en el centro de la tubera, se usa normalmente cuando la placa no requiere ser removida con frecuencia.

Caja de una cmara: se utilizan en situaciones donde la placa requiere ser cambiada con frecuencia para inspeccin o cambio de orificio, y la operacin permite detener el flujo para realizar los cambios de placa o existen medios para desviar el caudal temporalmente. Es necesario desahogar la tubera para realizar el cambio de placas.

Caja de dos cmaras: Este posee dos compartimientos y al igual que el porta placa de una cmara se utiliza en situaciones donde la placa tenga que ser cambiada con frecuencia, con la diferencia que las placas pueden ser removidas sin necesidad de interrumpir el proceso.

Tubo medidor.

El tubo medidor o simplemente tubo, consta de una cierta longitud de tubera en la cual se ubica la brida de orificio o la caja porta orificio y tambin las conexiones de presin. Es de fundamental importancia que el gas que se est midiendo, entre y salga de la placa orificio con la menor perturbacin posible en el perfil de flujo del fluido, con el fin de evitar errores en la medicin. Estas perturbaciones pueden ser causadas principalmente por expansiones y/o reducciones de la tubera, instalacin de accesorios (codos, termopozos, tapones, entre otros) adyacentes a la placa.

Enderezadores de flujo.

Los enderezadores de flujo consisten en un haz de tubos colocados en la tubera con el propsito de regular el perfil de flujo antes de llegar a la placa de orificio, eliminando los remolinos y corriente cruzadas creadas por los accesorios y las vlvulas que preceden al tubo medidor. Estas longitudes han sido estandarizadas y se expresan en dimetros nominales de tubera.

Conexiones de presinLas conexiones de presin son lneas cuya funcin principal es enviar la seal que emite el elemento primario al registrador o transmisor (elemento secundario), en el cual la seal recibida es transformada en un registro que puede ser ledo por el operador. Las conexiones de presin se pueden realizar de dos formas, como se describe a continuacin:

Tomas de brida: En este los orificios estticos se ubican a 1pulgada aguas arriba y 1pulgada aguas abajo en relacin con la placa.

Tomas de tuberas: Los orificios estticos se localizan a 2 dimetro de la tubera corriente arriba y 8 dimetro de tubera corriente abajo de la placa.

Termopozos.

Los termopozos son dispositivos mediante los cuales se refleja la temperatura de fluido. La ubicacin de la toma para la instalacin del termmetro ser aguas debajo de la placa orificio, cumpliendo con las distancias establecidas en el Reporte 3 de AGA.

En el caso de utilizar enderezadores de flujo, el termmetro se ubicar entre 30 y 90 cm. aguas arriba del enderezador.

Ventajas:

1. Mayor tolerancia a las impurezas del gas natural.2. Cuando un bache de lquido contenido en el gas natural pasa por el punto de medicin de una caja de orificio, se puede continuar prestando el servicio con un mantenimiento a bajo costo de las partes y equipos propios de la medicin.3. Al efectuar el anlisis de la presin diferencial y esttica, por parte de los operadores de campo, se realiza el diagnstico oportuno de la presencia de lquidos en el gas natural a objeto de poner en vigencia las alertas respectivas. Cuando la plumilla indicadora de la presin diferencial presenta oscilaciones continuas, ello advierte sobre la presencia de lquidos en la corriente del gas natural e indica que aguas arriba de la corriente medidora el sistema de separacin es deficiente, por lo cual se deben implantar los correctivos del caso.4. Equipos econmicos cuando se comparan con otros tipos de medidores.5. Equipos pueden ser instalados a la intemperie, es decir no necesitan de instalaciones cerradas.6. Fcil ejecucin del mantenimiento, dado que presentan pocas partes movibles, y dependiendo del tipo de porta placa, posee dos cmaras o compartimentos para el reemplazo del orificio, por necesidades de incremento o disminucin del flujo y/o placas con imperfecciones, y adicionalmente se puede realizar el reemplazo de partes asociados a los elementos secundarios.7. Partes intercambiables entre las cajas de orificio.8. Luego de salir fuera de servicio, una caja de orificio puede ser utilizada en otro sistema similar.9. El sistema de orificios es de fcil interpretacin por parte de operadores, supervisores etc., en relacin con las variables de los procesos.

Desventajas:

1. Instrumento con baja precisin entre 1 y 2%.2. Capacidad limitada y alta prdida de carga debido a la expansin incontrolada aguas abajo del elemento de medicin.3. Es fcil que el equipo se descalibre, esto ocurre inclusive con el cambio de la carta, lo cual se realiza diaria o semanalmente.4. En los ltimos tiempos, los instrumentos asociados a la caja de orificio (secundarios) son hurtados con facilidad.5. Pueden ser manipulados con facilidad y el registrador puede quedar fuera de servicio.6. Se requiere del cambio oportuno de las plumillas del registrador.7. Dado que, por lo general, no tienen incorporado un medidor de temperatura la misma se realiza con un promedio lo cual incrementa el porcentaje de error en la medicin.

Medidor de Desplazamiento Positivo.

Principio de Funcionamiento:

Mide el caudal en volumen contado y/o integrando volmenes separados de fluido.

Las partes mecnicas del instrumento se mueven aprovechando la energa del fluido y dan lugar a una prdida de carga. La precisin aumenta con la calidad de la mecanizacin y con el tamao del instrumento. Una caracterstica relevante de los medidores de desplazamiento positivo es su rangoabilidad ya que son capaces de medir pequeos flujos con buena precisin. Los lmites de presin, costos y peso varan notablemente con el aumento del tamao del medidor, pero stos estn diseados para condiciones especficas de flujo.

Tipos:

- Disco oscilante.- Pistn oscilante.- Pistn alternativo.- Rotativos.- Diafragma.

Ventajas:

- No son sensibles a los efectos de tubera (aguas arriba aguas abajo)- Principio de operacin sencillo y fcil de entender.- La ms alta rangoabilidad disponible en medidores de agua y gas sin perder precisin.- Precisin de + 0,25 a 0,5%, dependiendo del fluido medido.- Simple sistema de lectura, disponible por una simple ecuacin de flujo.

Desventajas:

- Requiere alto mantenimiento y calibracin.- Afectado por los cambios de densidad.- Para tamaos grandes (alrededor de 10 pulgadas), los medidores son pesados y relativamente costosos.

- Filtros pueden ser requeridos para minimizar el contenido de partculas extraas en el fluido.- Los costos de mantenimientos son altos en medidores grandes.- El medidor es diseado para ciertas condiciones de presin, temperatura viscosidad.

Medidor de Turbina.

Principio de Funcionamiento.

El medidor turbina consiste en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional a la del caudal, ejerciendo una fuerza de arrastre en el rotor.La diferencia de presiones debida al cambio de rea entre el rotor y el cono posterior ejerce una fuerza igual y opuesta. De este modo el rotor est equilibrado hidrodinmicamente y gira entre los conos anteriores y posteriores sin necesidad de utilizar rodamientos axiales evitando as un rozamiento que necesariamente se producira. En la Figura 3.10 se observa la fotografa de una turbina y en la Figura 3.11 se muestran las partes internas de dicho equipo.

Figura 3.10: Medidor de Turbina

Figura 3.11: Partes internas de un medidor de Turbina.

Ventajas:

Bajo costo, en comparacin con otras tecnologas. Excelente rangoabilidad en mediciones de gas a alta presin. Precisin de + 1%.

Desventajas:

Es afectado por los cambios en la densidad y viscosidad. Requiere de alto mantenimiento y calibracin. Posee partes mviles e intrusivas.