t10143cap3
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CAPÍTULO 3: INGENIERÍA DESCRIPTIVA Y DE DETALLE EN CAMPO (TRABAJOS DE ADAPTACIÓN).
El presente capítulo abarca dos principales temas: el primero que se refieren a la
ingeniería descriptiva, es decir, el acondicionamiento de toda la instrumentación
que ya tiene Petroproducción y la instrumentación que se sumará, y el segundo a
la ingeniería de detalle, abarcando el material necesario para que la instalación
del sistema esté bajo las normas requeridas. La ingeniería de detalle se subdivide
en los siguientes puntos:
• Monitoreo de pozos de producción.
• Medición de petróleo, gas y agua en separadores de prueba.
• Medición de crudo para custodia y fiscalización de estaciones de producción.
• Medición de nivel y volumen de crudo en tanques de reposo.
• Ingreso de datos de laboratorio.
3.1 INTEGRACIÓN DE POZOS
El sistema SCADA interconecta 146 sitios entre pozos y estaciones de
producción, definidos así:
• Pozos 110
• Estaciones de Producción 36
En cada pozo la bomba electrosumergible existente se conecta al sistema por
medio de un RTU a través de los controladores ya existentes, entre los cuales
tenemos 37 Keltronics K092, 12 Vortex VMC-101, 39 SpeedStar 2000, 19
Electrospeed CGS.
El sistema también se interconecta con las Estaciones de Producción para
obtener la información respectiva de los procesos ejecutados de la siguiente
manera:
• Tanques de Almacenamiento de Crudo: 45
• Medidores de Crudo para Custodia y Fiscalización: 72
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• Separadores de prueba: 18
• Información de laboratorios: 36
Los dispositivos instalados en tanques de crudo, medidores de crudo para
custodia y fiscalización, y separadores de prueba se conectan al SCADA a través
de sus respectivos RTU’s. Mientras que en los laboratorios se utiliza un touch
screen para acceso de variables medidas fuera de línea. El touch screen se
conecta al sistema mediante protocolo MODBUS ASCII bajo RS485.
3.1.1 POZOS
La interconexión entre el sistema SCADA y las bombas electrosumergibles de los
pozos se la realiza a través de los relés o variadores de frecuencia señalados en
el capítulo 2. La Figura 3.1 muestra el esquema simplificado del sistema a nivel de
pozos.
Figura 3.1. Configuración SCADA a nivel de pozos
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EL RTU ubicada en cada pozo monitorea y controla los parámetros de
entradas/salidas para el pozo, incluyendo sensores de alarma contra intrusión en
el área restringida de producción (PS).
Los RTU también se interconectan vía comunicación serial con los
controladores/variadores para supervisar la operación de las bombas y
adicionalmente se encarga de realizar la comunicación de todos los datos
necesarios al MTU (Unidades Terminales Maestras), localizada en su respectivo
campo.
Los RTU’s se conectan a los controladores de los relés y variadores de diferentes
formas, de acuerdo al modelo del mismo, de la siguiente manera:
• Controlador Vortex VMC-101 a través de una línea serial (RS 232 o RS 485),
usando el protocolo MODBUS en modo ASCII.
• Controlador Keltronics Advaced Motor K092 a través de una línea serial (RS
232 o RS 485), usando el protocolo MODBUS RTU.
• Variador de frecuencia Speedstar 2000 a través de una línea serial RS 232
usando el protocolo MODBUS RTU.
• Variador de frecuencia Electrospeed GCS a través de una línea serial RS 232
usando el protocolo MODBUS RTU.
Se coloca un RTU en cada lugar en donde se encuentre un controlador/variador.
Los RTU’s de cada pozo se comunicarán con su respectiva MTU por medio de un
enlace de comunicación vía radio. El equipo de radio, el cual estará instalado en
el mismo gabinete del RTU, será alimentado por la misma fuente de poder del
RTU y que está también equipada con baterías de respaldo para una autonomía
de 4 horas.
El presente diseño utiliza para el monitoreo y control de los pozos el RTU 20 de la
Serie I/A de la empresa Foxboro que usa el lenguaje de programación estándar
industrial IEC 611131-3 PLC para el diseño de aplicaciones sin necesidad de
lenguajes computacionales de alto nivel o expertos en hardware de
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computadores. A continuación se da una descripción de este RTU y de los
equipos utilizados en la supervisión de los pozos
3.1.1.1 Principales Equipos Utilizado en Pozos
RTU
El RTU es un “Dispositivo Inteligente Remoto” capaz de ejecutar un rango
completo de funciones de Control y Adquisición de Datos en aplicaciones SCADA.
Este RTU debe tener la protección adecuada, es decir, ser instalado dentro de un
gabinete con certificado IP65 / NEMA4, adecuado para montaje de campo interior
/exterior (pared, estructura o poste).
Se selecciona el IA Series RTU (tanto en pozos como en el resto de puntos
remotos del sistema), ya que cumple con los requerimientos básicos del sistema y
también puede prestar otras funciones específicas para aplicaciones de
producción de petróleo, como por ejemplo la medida de flujos de gas y líquidos
compensados. En la Tabla 3.1 se muestra el resumen de las características del
RTU.
Este RTU permite realizar expansiones añadiendo nuevos racks.
En el interior del pequeño gabinete hay espacio disponible para albergar:
• Baterías de respaldo de plomo, sellada y libre de mantenimiento ( 24 Vdc, 2.5
A)
• Módem, Equipo de radio e interfaz de comunicación.
• Un display LCD alfanúmerico sellado (IP 65), con teclado de membrana plana,
embebido en la puerta del RTU (con acceso externo sin abrir el gabinete).
Tabla 3.1. Características RTU20
Componentes Software Componentes Hardware Protocolos BásicosBloques de Control Entradas digitales MODBUSBloques lógicos Entrada analogicas MODBUS PlusBloques de Alarma Entradas de contadores DNP3
Bloques de SistemaSalidas digitales momentaneas P6008
Bloques Aritméticos Salidas permanentesLínea de comunicación
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El cableado de campo de las entradas/salidas se conecta a los módulos de
entrada/salida del RTU 20 por medio de bloques de borneras con fusibles de
tornillo removibles localizados en el extremo frontal de cada módulo de
entrada/salida. El cable de campo es unifilar con una sección transversal en un
calibre que comprende desde 12 a 24 AWG.
Las tarjetas necesarias para las señales de entrada/salida son:
• 8 entradas analógicas
• 16 entradas digitales
• 8 salidas de relé
• 8 salidas de pulsos con relés
• 2 entradas de contador
• 2 salidas analógicas o de set point
• 1 Tarjeta de comunicación
Los MTU realizarán la adquisición de datos desde los RTU’s realizando la
comunicación vía radio, por lo que Petroproduccion debe instalar torres de
comunicación en los pozos. En dichas torres se montará el tablero que contiene el
RTU, la luminaria, el detector de intrusos, la baliza y la antena.
Figura 3.2. Tarjetas y Slots RTU 20
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Estos MTU son 6 y están en las estaciones de Sacha, Secoya, Lago Agrio
Central, Shushufindi, Atacapí y Parahuacu. La comunicación entre estos MTU´s
se realiza mediante la red LAN propia de la empresa. La descripción del MTU no
se detalla ya que se usará la misma RTU 20, pero con el fin de solo comunicar la
información obtenida de los RTU conectados. El MTU solo tendrá instalado
tarjetas de comunicación, como un máximo de 6 que pueden abarcar hasta 60
enlaces.
Baliza
Como base del proyecto en cada torre se requiere de dos faros rojos, soportados
por una base de aluminio libre de cobre resistente a la corrosión y empaques de
Neopreno para proteger su interior de la humedad.
Estos equipos son usados para la señalización de obstáculos en torres de
comunicación, edificios, chimeneas industriales y otros.
Luminaria
Al igual que el punto anterior se colocará una luminaria de tipo Orion horizontal
cerrada que es un equipo liviano, estético y de características fotométricas
excelentes.
Radio MSD Transnet 900TM
Para el sistema de los radios se propone la serie MDS 900 de Banda libre 900
Mhz (902 – 928 Mhz ISM band), en particular la serie MDS TransNET para los
pozos y la estación Maestra redundante MDS iNET 900 en las MTU’s.
Los sistemas actuales de Telemetría y SCADA necesitan transportar grandes
cantidades de datos a velocidad cada vez mayores con mucha flexibilidad en la
plataforma inalámbrica por lo que los radios TransNET son una solución flexible,
compacta y sin licencia, manejando datos a alta velocidad.
En la Tabla 3.2 se presenta sus principales características:
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Tabla 3.2. Características Radio MDS
Velocidad de los datos 512/256 Kbps. Ethernet 10BaseT, RJ-45Puertos seriales desde 1.200 hasta 115.200 bps Serial RS-232/V.24, DB-9F, DCE RS-232/V.24,
DB-9M, DTE
Banda de frecuencia Banda ISM 902-928 MHz Antena Conector TNC (hembra)
Modo de distribución Amplio Espectro en salto de Frecuencia LEDs Red de Area Local, Puerto Com1, Puerto Com2
Rango Hasta 50 Km (30 Millas)Configuraciones Punto de acceso/Portal Dual Remoto
Configurable por el cliente como punto de acceso o portal dual (conexiones seriales y Ethernet/IP)Portal Serial Remoto 2 conexiones de puertoPuente Remoto Ethernet 1 conexión de Ethernet con capacidad multipunto
Inalámbricos CSMA/CA Protocolo inalámbrico con sistema anticolisión Potencia del Radio 0.1 a 1 watt (20 a 30 dBm)
Ethernet IEEE 802.3 Impedancia de salida 50 Ohms
Spanning Tree (Bridging)Ancho de banda utilizado 316.5 kHz
IP (DHCP, ICMP, UDP, TCP, ARP) Modulación CPFSK (en Fase Continua FSK)
Serial
Modo de canal transparente libre para conexión asincrónica de protocolos multipunto incluyendo Modbus, DNP.3, DF1, BSAP
Sensibilidad de recepción
-92 dBm @ 512 Kbps con 10-6 VER -100 dBm @ 256 Kbps con 10-6 VER
General Interfaz física
Protocolos Radio
3.1.1.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación en Pozos
Para garantizar la comunicación que se hará vía radio, se sugiere implementar
por parte de Petroproducción torres de comunicación. Sobre dichas torres se
colocarán las antenas para los radios, la luminaria y baliza, el tablero para la RTU,
y el sensor de alarma ante presencia de intrusos.
En la Figura 3.3 se detalla los componentes en un pozo y se generaliza para los
110 pozos. La Tabla 3.3 describe los componentes y la cantidad por pozo como
parte del diseño. La mayoría de accesorios se utiliza en todas las instalaciones;
por ejemplo accesorios explotion proof, cableado y tubería. Al final del capítulo se
describirá todos los materiales comunes tanto para pozos, y estaciones de
producción.
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Figura 3.3. Diagrama de componentes de pozo
El gabinete del RTU está a una distancia de 8 metros del piso por lo que se
colocará otro tablero a poca altura (1m), en donde irá un juego de borneras de
paso para la instrumentación de pozo, una fuente de 24V/5A para la
instrumentación, y un conector DB9 conectado al terminal de comunicación serial
del RTU con el fin de tener un acceso más fácil por medio de una Laptop para
configurar o trabajar en el RTU.
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Tabla 3.3 Listado de materiales por pozo Accesorios para: POZOS
Descripción Unidad Cantidad
CONDUCTORES Cable de comunicación RS-485 Belden # 24 AWG 6 conductores Type 9843 metro 55Cable de instrumentación Belden # 22 AWG 12 conductores Type 8778 metro 26Cable cuenca 14 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 165Cable cuenca 22 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 312Cable sucre 3 x 14 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 19Cable coaxial 50 Ω protección ante intemperie metro 16TUBERÍA Tubo conduit rígido 1/2” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 2Tubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Tubo conduit rígido 1” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Accesorio Contra Explosión (EXPLOTION PROOF) ECDB50 Drain and Breathers unidad 4ECDB75 Drain and Breathers unidad 2ECDB100 Drain and Breathers unidad 2EYM Horizontal Conduit Seals 1/2" unidad 4EYSM Vertical Conduit Seals ¾" unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 1" unidad 2ELF90-75 (codos) unidad 3ELF90-100 (codos) unidad 3MCJ50 Connector for jacketed unidad 2GRC75-A (caja revisión) unidad 1GRC100-A (caja revisión) unidad 1ACCESORIOS GENERALES Conector DB-9 unidad 4Bornera # 14 AWG unidad 70Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 1Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 50Terminales cable 18 AWG unidad 200Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1Módulo para conFiguración RS-232 (Variador de velocidad Marca REDA) unidad 1Detector de movimiento para instalar en la torre, 20 metros de alcance. unidad 1Luminaria para instalar en la torre con fotocelda unidad 1Balisa instalar en la punta de las antenas unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLES unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 1ACCESORIOS ADICIONALES Cable para tierra 1/0 AWG metro 15Varilla de 3/8 coperwell para puesta a tierra unidad 1Cadweld cable varilla unidad 1Cadweld cable - cable unidad 1Pararrayos para las torres unidad 1Cable para tierra 2 AWG TTU metro 30
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3.2 INTEGRACIÓN DE ESTACIONES DE PRODUCCIÓN
Los equipos de las estaciones de producción que se comunicarán con el SCADA
están distribuidos de la siguiente forma:
• Separadores de Prueba: 23 en 18 estaciones
• Tanques de Almacenamiento: 45
• Medidores de Crudo para custodia: 72.
• Laboratorios: Se necesitan 36 touch screens
Debido a la ubicación física de los mismos, se propone la siguiente distribución
para la instalación de los RTU´s:
• Un RTU para Tanques de Reposo y Medidores de Crudo para custodia, a ser
instalado en las estaciones de producción.
• Un RTU para Separadores de Prueba, a ser instalado para cada estación de
producción con separador de prueba.
Los RTU’s son las mismos utilizadas en los pozos con variaciones muy pequeñas,
en si la mayor diferencia es el tipo y número de tarjetas.
3.2.1 SEPARADORES DE PRUEBA
Como se vio en el capítulo 2 en ciertas estaciones de producción existen
separadores de prueba de gas, crudo & agua. Así el sistema SCADA interconecta
18 estaciones que tienen separadores de prueba a través de 18 RTU’s enlazados
vía radio a 45 RTU’s conectados a los Tanques de reposo y medidores de crudo
para custodia en cada estación de producción.
Los RTU’s instalados en los separadores de prueba están en la capacidad de
realizar la medición de las variables de presión y temperatura en los separadores,
medición de cantidad de agua, crudo y gas. Adicionalmente se obtiene el dato del
pozo que está en prueba a través de la posición de las válvulas del manifold.
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Figura 3.4. Arquitectura de pozos y separadores de prueba
En la Figura 3.4 se ve un diagrama general del sistema SCADA a nivel de pozos y
estaciones de producción y el figura 3.5 describe brevemente de los principales
componentes de un separador básico de prueba de crudo.
Por medio de una operación local manual del manifold se podrá seleccionar el
pozo a monitorear del separador de prueba, con el propósito de conocer sus
parámetros de producción. Adicionalmente toda la información de los separadores
de prueba debe visualizarse en el touch screen instalado en el Laboratorio de
cada estación, por lo tanto este RTU se comunica vía radio con el RTU de los
Tanques de reposo y medidores de crudo que a su vez se conecta vía radio con
el touch screen de laboratorio.
POZO
VVAARRIIAADDOORR
SEPARADOR DE PRUEBA
GAS
WATER
OIL
RS232
RS232 SERIAL PROTOCOL
MTU
BES
Radio
POZO 1 POZO 2
POZO n
DI Centro de Control Auxiliar• BES Performance Curves • Well efficiency • Performances Historical DB • Trend monitor • Commands control
Radio
UT
RTU• PID for Freq. Limit Control • Well supervision & control
AI
RTU • Separator supervision & control • Manifold Valves control • Transient phases mgt
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ENTRADAB
V160
PISCINAC
V161
ENTRADA CA
PLV151
V166
LCH150
154PI
152PSV
LG155
PSE153
V164
E167
157FI
V162
V168
M
FE157
V163
LCV150
V165
LG156
LC150
C PISCINA
MECHEROC
PISCINAC
SEP. PRODUCCIÓNC
Figura 3.5 Esquema de un Separador de Prueba
Con base en los resultados obtenidos el sistema de separadores de prueba se
calcula la eficiencia real de la bomba electrosumergible y la referencia de
velocidad más adecuada para el variador de velocidad de los motores de las
bombas en el caso que tengan variador.
Los datos obtenidos del separador de prueba estarán disponibles tanto en el
Cuarto de Control Maestro (CCM), como en la MTU correspondiente a esa
estación.
Así se propone para el monitoreo y control de las Estaciones de producción el
misma RTU 20 de la I/A Series utilizado en los pozos. La cantidad de tarjetas que
se incluirán en este RTU son:
• 8 entradas analógicas
• 16 entradas digitales
• 2 módulos de 16 entradas de Digitales
• 2 entradas de contador
• 2 salidas analógicas o de set point
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• Módulo de Adaptador para Termocupla J
• 1 Tarjeta de Comunicación
Todos los RTU instalados tanto en pozos como en estaciones de producción y los
MTU´s son equipados con el paquete Isagraf que se utiliza para la programación
del RTU.
Al identificar el pozo seleccionado, las medidas del separador de prueba y con
base en los límites configurados y ajustados por el operador y las características
del equipo de control del pozo seleccionado, se validan los datos, y el sistema
SCADA envía al RTU los nuevos límites de operación (si existen). El SCADA
emite un mensaje de alarma de diagnóstico cuando se violan los límites o cuando
las comunicaciones del sistema están fuera de servicio.
3.2.1.1 Instrumentación en Separadores de Pruebas
Medidor de Presión Absoluta
Para medir la presión en los separadores de prueba se necesita un transmisor de
0 a 20 psi para instalar en tubería ½ pulgada con protección contra incendios.
Para ello se utiliza transmisores inteligentes de presión manométrica IGP10 de
Foxboro, como los de la Figura 3.5, con capacidad de conexión a tubería a través
de una conexión roscada de ½ pulgada debido a las condiciones que se tiene de
dificultad de conexión a través de bridas por espacio físico.
Figura 3.6. Montaje de Transmisor IGP10 (Tomado de FoxDoc)
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Características:
• Función: Mide la presión y transmite una señal eléctrica proporcional al
rango de presión.
• Versión electrónica y señal de salida: Digital FoxCom o 4–20 mA;
Configurable.
• Configuración de Empaque: 316L ss Material de Conexión al Proceso,
316L ss Sensor, Fluorinert Fluido de relleno.
• Limites de medición: 1 a 30 PSI.
• Conexión al conduit: Conducto de conexión de ½ NPT en ambos lados
de material 316L.
• Seguridad Eléctrica: CSA Intrínsicamente Seguro y no incentiva.
Estos medidores son diseñados para trabajar en ambientes externos y se incluyen
accesorios de montajes acordes a las condiciones de los sitios donde se
colocarán.
Medidores de Temperatura
Se lo realiza a través de termocuplas que se insertan en el cuerpo del separador
y se transmite la señal por medio de un transmisor
Se selecciona el transmisor inteligente de temperatura RTT20 de Foxboro.
Estos transmisores vienen diseñados con un tablero específico para entornos
explosivos
Características transmisor:
• Función: Recibe una señal de entrada de una RTD, termocupla, fuente
resistiva (ohmios), y fuente de mV, y esta señal se transmite a través de
una señal lineal de 4-20mA o una señal digital con protocolos FOXCOM,
Hart, FieldBus Foundation.
• Versión electrónica y señal de salida: Digital FoxCom o 4–20 mA;
Configurable.
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Figura 3.7. RTT20 con Sensor Integrado y Termopozo (Tomado de FoxDoc)
• Configuración de Empaque: Caseta de acero inoxidable con sensor para
montar en termopozo.
• Longitud del Sensor: 305 mm
• Tipo de medición: Termocupla tipo T
• Seguridad Eléctrica: CSA Intrínsicamente Seguro y no incentiva
Medidor de Agua, Gas y Crudo Producidos por Pozo
a) Medidores de Agua y Crudo: Son medidores de flujo másico deben
permitir una medida directa del flujo másico de fluidos sin la necesidad de
medidas de temperaturas, presiones o gravedades específicas independientes.
Los transmisores Foxboro de la serie CFTxx basados en el principio de coriolis
cumplen estos requerimientos básicos. Consiste de dos dispositivos, uno es el
transmisor y otro es el flowtube que va en la tubería a medir con el sensor
propiamente dicho.
Características
• Alta precisión de ± 0.15% de la lectura del flujo o del 0.015% del flujo
nominal.
• Fácil de instalar y configurar.
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Figura 3.8. Montaje Básico del Medidor Másico.
• FlowTube muy resistente.
• Apropiados sellos para instalación.
La instalación de este transmisor y su conexión a su respectiva tubería de 2
pulgadas será a través de bridas diseñadas para un ajuste robusto y libre de
fugas. Para garantizar el trabajo óptimo de este dispositivo se debe considerar el
montaje de la Figura 3.8.
b) Medidores de flujo de gas: Para determinar la medición de gas en los
separadores de prueba, se han considerado los transmisores de flujo tipo Vortex
de la seria 83x de Foxboro. Así la instalación de este transmisor y su conexión a
la respectiva tubería será realizada a través de sus respectivas bridas.
Para garantizar el trabajo óptimo del equipo en gas se considera los siguientes
puntos:
• Se ubicará el flujometro a 30 diámetros aguas debajo de la válvula
de control cuando el flujo es inestable.
• Si el flujo es más estable se instalará a 5 diámetros aguas arriba de
la válvula de control tal como se indica en la Figura 3.9.
37
Figura 3.9. Configuración de Instalación de Medidor Vortex (Tomado FoxDoc)
Sensores de posición para las Válvulas del Manifold
Para indicar cuál de los pozos se está probando en el separador se utilizara justo
bajo del manifold un indicador de posición de la marca ASCO de las siguientes
características:
• Modelo VR7
• Explotion Proof
• Switch Mecánico
• Para válvulas de giro de 90°
Figura 3.10 Indicador de Posición para Manifolds ( Tomado Technical Asco)
38
3.2.1.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Separadores de Prueba
Las comunicaciones se realizan mediante enlace de radio, utilizando las torres de
comunicación de Petroproducción de cada estación. Sobre dichas torres se
colocaran las antenas para los radios.
En la Figura 3.11 se detalla los componentes en un separador de prueba los
cuales se generaliza para las 18 estaciones con separadores ya sus diferencias
son mínimas sin influencias grandes.
La Tabla 3.4 describe los componentes y la cantidad por separador de prueba
como parte del diseño.
Figura 3.11 Diagrama de componentes de separadores
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Tabla 3.4. Listado de materiales por separador
Accesorios para:SEPARADORES DE
PRUEBA
Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de instrumentación Belden # 22 AWG 18 conductores Type 8774 metro 46Cable cuenca 18 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 824TUBERIATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 26Tubo conduit rígido 1” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 9Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 5ECDB100 Drain and Breathers unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 1" unidad 2EYSM Horizontal Conduit Seals 3/4" unidad 1ELF90-75 (codos) unidad 2GRC75-A (caja revisión) unidad 1GRC100-A (caja revisión) unidad 1GRT75-A (caja revisión) unidad 22Union 3/4" UNF Explosion Proof UNF75NR-A unidad 9Union 1" UNF Explosion Proof UNF100NR-A unidad 3Close-up plugs recessed head PLG75A unidad 2Reducing Bushings RB75-50 unidad 21Flexible couplings 1/2 EXJH-112 12" unidad 21ACCESORIOS GENERALESConector DB-9 unidad 2Bornera # 14 AWG unidad 100Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 2Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 40Terminales cable 18 AWG unidad 60Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLE unidad 1TABLERO DE PASO SE INSTALARA FUENTE DE 24V, BORNERAS, PORTAFUSIBLE unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 2Transformador de Aislamiento de 1KVA 220/110 unidad 1TRABAJOS CIVILES unidad 1
3.2.2 MEDIDORES DE CRUDO PARA CUSTODIA (TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE PETRÓLEO)
En el distrito Amazónico se tienen 35 estaciones con Tanques de Reposo cuyos
datos de nivel y volumen serán integrados al sistema SCADA, a través de un
RTU. Adicionalmente a la salida de los tanques de reposo, se encuentran
instalados medidores de custodia y transferencia de crudo, cuyos datos también
serán integrados al sistema SCADA a través del mismo RTU utilizado para los
Tanques de Reposo.
40
Por medio de la instrumentación adecuada se podrá obtener todos los datos que
se solicitan para el sistema SCADA.
Para los tanques se instala medidores de nivel tipo radar con exactitud de ± 1mm
y sus respectivos sensores de temperatura multipunto, interfaz agua-crudo y de
presión. Todas estas señales se envían a un concentrador local con display
ubicado al pie de cada tanque y de aquí hasta el RTU mediante un protocolo de
comunicación serial que depende de cada equipo.
Toda la instrumentación a instalarse en los Tanques de Reposo permite obtener
la medición en tiempo real del nivel y medición de crudo en los tanques.
Detallándose también niveles de petróleo, agua y sedimentos, sus respectivos
volúmenes almacenados, cantidad de petróleo y porcentaje de agua transferidos
en cada estación.
3.2.2.1 Instrumentación en Tanques de Almacenamiento
Como ya se dijo anteriormente estos medidores son del tipo radar, pero se debe
tener en cuenta de que 31 tanques son de techo fijo y 14 tanques son de techo
flotante, por lo que se propone dos modelos de medidores de la marca SAAB de
la serie REX 39xx descritos a continuación:
Medidor de nivel radar, serie REX 3900
Cada medidor tiene un cabezal trasmisor a prueba de explosión que contiene
todas las tarjetas electrónicas para el procesamiento de la señal, comunicación y
conexión con equipos externos. Una alta precisión es lograda porque su
arquitectura esta basada en circuitos de referencia digital. Dependiendo de la
aplicación tiene elementos que pueden ser incrementados o removidos del
cabezal transmisor.
Su funcionamiento se basa en una microonda emitida sobre la superficie del
producto y comparando las características que refleja esta onda. Por esta razón
no permite medir la emulsión que se encuentra por debajo de cada capa.
41
Las tarjetas electrónicas que pueden estar incorporadas en el cabezal transmisor
son:
• Tarjeta de procesamiento análogo (APC).
• Tarjeta de multiplexado de temperatura (TMC)
• Tarjetas de salidas de relé(ROC)
• Tarjeta de interfaz transmisora (TIC)
• Tarjeta de comunicaciones de campo (FCC)
El medidor RTG 3930 está diseñado para su montaje en tanques con techo fijo y
flotante dependiendo de su serie. El transmisor mide el nivel desde productos
limpios hasta productos muy difíciles El diseño de la antena parabólica ofrece la
máxima tolerancia para productos viscosos y condensados. El amplio diámetro de
la antena proporciona una elevada ganancia de antena y una elevada relación
señal-ruido. El Medidor de Antena Parabólica se puede instalar en la tapa de las
bocas de acceso ya existentes. El reflector parabólico estándar tiene un diámetro
de 440 mm (17 pulgadas) y cabe en una boca de acceso de 50cm.
Datos técnicos del RTG 3930
• Precisión del instrumento (valor 2 2σ): ): ± 0,5 mm (5/256 pulgadas).
• Desviación máxima del instrumento: ± 0,8 mm (1/32 pulgadas).
• Temperatura de funcionamiento en el tanque: Máximo +230 °C (+450 °F).
• Amplitud de medición: De 0,8 a 40 m (de 2,6 a 130 pies) por debajo de la
brida.
• Presión: Con abrazadera: De -0,2 a 0.2 bares (de -2,9 a 2.9 psig).
• Soldado: De -0,2 a 10 bares (de -2,9 a 145 psig).
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Figura 3.12 Medidor de Antena Parabólica RTG 3930 (Tomado de Saab TankRadar
Technical Descripción)
• Peso eso total: Aprox. 25 kg (55 libras).
• Material expuesto a la atmósfera del tanque:
o Antena: Acero a prueba de ácido tipo EN 1.4436 (AISI 316).
o Sellado: PTFE (Teflon).
o Junta tórica: FPM (Viton).
• Dimensiones de la antena: 440 mm (17 pulgadas).
• Tamaño amaño de la boca de acceso: Mínimo 50 cm (20 pulgadas)
• Conexión al tanque: El medidor va unido mediante abrazadera o soldado
en un orificio de 96 mm (3,78 pulgadas) de diámetro en la tapa de la boca
de acceso.
Unidad de Display Remota RDU 40
La Unidad de Display Remota (RDU 40) es una unidad de display resistente para
uso al aire libre en zonas con peligro de explosión. Se le coloca en la base de los
tanques para visualización local de la medida. La RDU 40 abarca hasta un
máximo de 6 elementos de medida por tanque. En este caso los elementos de
temperatura se pueden conectar directamente al medidor TankRadar (RTG). Las
funciones de display son controladas mediante software por el medidor
TankRadar conectado.
La RDU 40 va conectada por un cable de 3 hilos de hasta 100 m (330 pies) desde
el RTG. Por lo que se pueden conectar hasta dos unidades a un medidor
43
TankRadar Rex. La RDU muestra los datos calculados, como el nivel,
temperatura promedio, volumen, intensidad de la señal, otros. Los datos se
pueden ver en listas o como valores únicos en una fuente sólida de 25 mm (1
pulgada) muy fácil de leer.
Sensor de Interfase producto-agua
El Sensor del Nivel de Agua (WLS) capacitivo mide continuamente el nivel de
agua por debajo de la superficie de petróleo y proporciona datos para el inventario
neto en línea. El sensor está integrado en el Sensor de Temperatura multipunto
MST. Posee un diseño de alta resistencia sin partes móviles. El WLS emite una
señal analógica de 4-20 mA o digital HART, que se conecta directamente a un
medidor tipo radar. Dentro de la sonda existe un sensor de temperatura Pt100, lo
que permite la medición de temperaturas a niveles muy bajos. El WLS va soldado
al MST para conseguir un diseño hermético.
Figura 3.13 RDU Conectada al Medidor TankRadar Rex (Tomado de Saab
TankRadar Technical Descripción)
44
Datos técnicos del WLS
• Amplitud de 500 mm (20 pulgadas), 1000 mm (40 pulgadas)
• Medición activa: o 1500 mm (60 pulgadas)
• Salida analógica: 2 cables 4 - 20 mA con Imax = 23 mA
• Salida digital: Transmisor HART (SMART)
• Precisión: ± 2 mm (0,08") [500 mm de longitud activa], ± 4 mm (0,16")
[1000 m de longitud activa], ± 6 mm (0,24") [1500 mm de longitud activa]
Para la máxima resolución debe utilizarse la comunicación HART
• Calibración de fábrica: Calibrado en condiciones εr =2,3
o (Diesel) a través de circuito de 2 cables
o (Otras calibraciones a petición del cliente)
• Temperatura a de funcionamiento: 0 - 120 °C (de 32 °F a
250°F)[Temperatura máxima en la brida de montaje 80 °C (180 °F)]
• Dimensiones mecánicas: Rosca de conexión ø32x1,5 mm.
• Longitud del WBS = Longitud activa + 140 mm (5,5 pulgadas)
• Diámetro externo no del WLS: cerrado ø 38 mm (1,5 pulgadas)
• Diámetro externo no del WLS: abierto ø 48 mm (1,9 pulgadas)
• Materiales sumergidos: AISI 316, FEP, PTFE y PEEK con 30% de cristal
• Presión máxima: 6 bares (90 psig)
• Certificaciones Ex: DEMKO 01 ATEX 131128X, 0539II 1 G, EEx ia IIB T4.
Certificación
• UL pendiente
• Modelo abierto: Apto para aplicaciones de petróleo crudo
• Modelo cerrado: Apto para combustibles más ligeros, como combustible
Diesel.
45
Figura 3.14. Sensor de Interfaz Producto-Agua (Tomado de Saab TankRadar
Technical Descripción)
3.2.2.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Tanques de Almacenamiento
Figura 3.15. Diagrama de componentes de Tanque de Almacenamiento
46
Tabla 3.5 Listado de materiales por Tanque de Almacenamiento
Accesorios para:TANQUES DE
ALMACENAMIENTO
Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de comunicación RS-485 Belden # 24 AWG 6 conductores Type 9843 metro 50Cable cuenca 18 AWG Flexible 600V - 60 ºC metro 135TUBERÍATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 45Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 2EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 2ELF90-75 (codos) unidad 1GRC75-A (caja revisión) unidad 1ACCESORIOS GENERALESConector DB-9 unidad 2Bornera # 14 AWG unidad 6
Para los Tanques de Almacenamiento la tarjeta electrónicas incorporadas se
colocarán junto con el Display RDU en la base de los tanques de esta manera se
hace accesible la conexión al sistema SCADA a través del RTU que también
tomará las señales de los smith meter y del touch screen de laboratorios.
Los accesorios se muestran en la Tabla 3.5. En la Figura 3.15 se detalla los
componentes en un Tanque de Almacenaje los cuales se generaliza para los 45
Tanques; entre los de techo fijo y de techo flotante; ya que sus diferencias son
mínimas.
3.2.3 MEDIDORES DE CRUDO PARA CUSTODIA Y TRANSFERENCIA
Para los medidores de crudo ya existentes, y ubicados a la salida de los tanques
de reposo, se instala la instrumentación adecuada para que todas estas señales
sean estándar para el ingreso a las tarjetas del computador de flujo y/o del
RTU20. Solo en 8 estaciones irán sistemas de calibración con probadores por lo
que se instalará 8 computadores de flujo FMC dedicados para esos sistemas de
calibración.
El computador de flujo FMC dedicado, se comunicará al sistema SCADA a través
del RTU de cada estación con sistema de calibración con probador.
Adicionalmente a éste RTU se conecta un touch screen localizada en el
laboratorio de la estación de producción; con el propósito de medir los parámetros
47
de producción de crudo; y a los radares de los tanques de almacenamiento, como
ya se dijo anteriormente, por lo tanto éste RTU esta interconectada también con el
RTU de los separadores de prueba.
La cantidad de tarjetas que se incluirán en el RTU son:
• 8 entradas analógicas
• 2 entradas de contador
• 2 salidas analógicas o de set point
• Módulo de Adaptador para Termocupla J
• 1 Tarjeta de Comunicación
Todas los RTU’s se comunicará vía enlace de radio con el MTU ubicado en las
estaciones de control auxiliares.
Así, se propone para el monitoreo y control de las Estaciones de producción el
mismo RTU 20 de la I/A Series propuesto para los pozos.
3.2.3.1 Instrumentación para Medidores para Custodia y Transferencia
En las estaciones de producción se tiene medidores Smith Meter a la salida de los
tanques de almacenamiento, pero sus accesorios son solo mecánicos, por lo que
se puede completar con instrumentación electrónica para mejorar su
funcionamiento y llevar esta información al sistema SCADA.
Los medidores Smith Meter son equipos de desplazamiento positivo los que
responden a variaciones de flujo por medio de transferencias mecánicas de aletas
o alaves correspondientes a la rotación de un eje. Tiene muy alta precisión con
valores del 0.1 al 1%.
La instrumentación necesaria para adecuar la información a las computadoras de
flujo y a los RTU´s es la siguiente:
• Transmisor de pulsos.
• Medidor de corte de agua (BSW).
• Transmisor de Presión.
48
• Transmisor de Temperatura.
Para el caso de las 8 estaciones de protección con sistema de calibración Prober
se colocará una computadora de flujo de la misma marca FMC.
Transmisor Universal de Pulsos (UTP) de FMC EnergySystems
Este elemento trasmisor que funciona con un sensor y tarjeta electrónica, trasmite
por cada contacto de giro un pulso infrarrojo, este medidor sirve para llevar la
señal de volumen medido al computador de flujo o RTU. Se debe aclarar que la
medida llevada no es exactamente el volumen real, se necesita realizar ciertas
correcciones que van a depender de este valor y, de los valores de temperatura,
presión y del valor del corte de agua del crudo medido.
El UTP es un pulso infrarrojo, con salida dual cuadrada de alta resolución que
acondiciona a los medidores Smith Meter de desplazamiento positivo.
Características:
• Salida dual de pulsos: Cuadrada
• Salida de complemento de pulsos
• Verificación de pulsos por revolución
• Protección Explotion Proof
• Protección bajo la norma Nema 4
La Figura 3.16 muestra el instrumento en su forma física.
Figura 3.16. Transmisor de pulsos universal (Tomado de Smith FMC Energy System)
49
Medidor de Corte de Agua (BSW)
Se utiliza el instrumento del modelo WCM 7300 FMC de principio capacitivo que
tiene alta precisión en la medida del agua contenida en el crudo. Tienen salida de
4-20 mA o salida de 0-5V con compensación de temperatura.
Sus características más destacables son:
• Alimentación de 20 a 30 Voltios
• Exactitud de ±0.05% sobre una escala de 0 al 5 % de agua
• Display alfanumérico
• Leds de visualización de estados.
Transmisor de Presión
Se usara el mismo transmisor de presión utilizado en los separadores de prueba,
es decir el IGP10 de Foxboro con un rango de 0 a 100 pulgadas de agua con
capacidad de conexión a tubería con rosca medida de ½ pulgada.
Transmisor de Temperatura
Se usa sobre el mismo medidor Smith Meter un sensor propio de la misma marca
FMC. El sensor es de la serie TPW-2 (tipo NPT), en el que se incluye termopozo y
tablero antiexplosión explotion proof.
Sus principales características son:
• Envoltura de ¼ de pulgada de diámetro
• Cable de 6 pulgadas de diámetro
• Tres conductores
• Su recubierta de Platino de alta pureza
• Resistencia de 500Ω a 32°F
• Declive de 0.003°C/°C
• Recomendado para temperaturas mayores a 482°F
• Termopozo de ¾ para NPT con sus respectivos sellos.
50
Computador de Flujo
El computador de flujo elegido es el SyberTrol de FMC, ya que cumple las
especificaciones básicas de medición de crudo requeridas por Petroproducción.
El Smith SyberTrol es una computadora de flujo completamente programable
diseñada para un continuo monitoreo del flujo de productos líquidos de petróleo.
Este equipo puede operar como un equipo integrado a sistemas de supervisión en
un sistema de control o en modo stand alone. Tiene protección antiexplosión
explotion proof, comunicación remota y monitoreo de temperatura, presión y
densidad, en lazos de control muy complejos.
Tiene la capacidad de expansión para monitorear el flujo de no solo un medidor
de flujo sino de varías tuberías.
Su principal referencia es que cumple con el estándar API Capítulo 21, con
estudios de factibilidad técnico-económica.
El computador de flujo debe ser capaz de realizar correcciones por efectos de las
variables que intervienen en el proceso tales como temperatura, presión y
gravedad específica del crudo medido
Figura 3.17. Computador de Flujo SyberTrol (Tomado de Smith FMC Energy
System)
51
3.2.3.2 Accesorios y Trabajos de Adaptación para Medidores Smith Meter
En los medidores Smith Meter se instalará junto a los tableros de control existente
en el gabinete del RTU respectivo.
Los accesorios se muestran en la Tabla 3.6. En la Figura 3.18 se detalla los
componentes en un medidor smith meter los cuales se generaliza para las 35
estaciones con smith meter (dos por estación). Se debe tomar en cuenta que 8
medidores de las 72 se colocara además del RTU un computador de flujo para
trabajos de calibración, se toma mucho en cuenta estas instalaciones por la
importancia que tiene en materia de petróleo lo referente a custodia y
transferencia.
Tabla 3.6. Listado de materiales por Tanque de Almacenamiento
Accesorios para:MEDIDORES DE
CRUDO
Descripción Unidad CantidadCONDUCTORESCable de instrumentación Belden # 20 AWG 6 conductores Type 9883 metro 35Cable de instrumentación Belden # 20 AWG 4 conductores Type 9402 metro 86TUBERÍATubo conduit rígido 3/4” - marca FUJI IDEAL ALAMBREC(con rosca y union) tubos 14Accesorios Contra Explosión (EXPLOTION PROOF)ECDB75 Drain and Breathers unidad 4EYSM Vertical Conduit Seals 3/4" unidad 4GRC75-A (caja revisión) unidad 2GRT75-A (caja revisión) unidad 2Union 3/4" UNF Explosion Proof UNF75NR-A unidad 14Reducing Bushings RB75-50 unidad 4Flexible couplings 1/2 EXJH-112 12" unidad 4ACCESORIOS GENERALESBornera # 14 AWG unidad 30Portafusible tipo riel Din unidad 6Fusibles de 2 y 4 A. unidad 6Selectores de 2 posiciones + 1 NA unidad 2Toma de 110 voltios montaje en riel din unidad 1Fuente de 24 V - 32 V/ 5A SITOP unidad 1Kit De Baterías ( Incluye cargador, baterías y accesorios) unidad 1Terminales cable 14 AWG unidad 10Terminales cable 18 AWG unidad 30Disyuntor sobrepuesto 10 A- 1 Polo unidad 1TABLERO RTU, montado el RTU, RADIOS, BATERIA Y CARGADOR DE BATERIAS unidad 1Microswitch en las puertas de los tableros unidad 2Transformador de Aislamiento de 1KVA 220/110 unidad 1
52
Figura 3.18 Diagrama de componente de Smith Meters
3.2.4 LABORATORIOS
Las variables de operación tales como Gravedad API, Contenido de azufre y
Viscosidad, que el operador de la estación mide manualmente pueden ser
ingresadas al sistema SCADA digitándolas a través del touch screen instalado en
el laboratorio de cada estación.
Los touch screens se comunicara al RTU respectiva vía radio.
En este equipo se tienen todas las pantallas de la estación de control a la que
pertenezca.
Los radios son los mismos utilizadas en la comunicación en los pozos.
En el siguiente capítulo se presentara las características principales de estos
equipos.
53
3.2.5 ACCESORIOS COMUNES EN TODAS LAS INSTALACIONES
A continuación se describe los materiales comunes de toda la instalación:
3.2.5.1 Material Explotion Proof
Se tomará muy en cuenta la atmósfera en donde se instalarán los equipos de
campo; en este caso pozos; por lo que se requiere accesorios como tubería, cajas
conectores y otros elementos antiexplosión (explotion proof) correspondientes a
zona 2 según la norma IEC y, clase 1 división 2, según la norma NEC. La marca
del material explotion proof es Appleton Electric Company.
3.2.5.2 Conductores
Para la alimentación de los diferentes equipos e instrumentos de campo se
utilizarán cables apropiados para este tipo de instalaciones. Cada cable
seleccionado tiene propiedades de reducir interferencias eléctricas, ruido, etc.,
ajustándose a los requerimientos de técnicos de los diferentes tipos de
subsistemas instalados en el campo.
Cables de instrumentación y control
Son una gama de cables de mando y de conexión apantallados que están
perfectamente adaptados para utilizarlos en instalaciones en medios industriales.
Su pantalla de cobre los protege eficazmente de las interferencias exteriores y
viceversa. Estos cables resisten esfuerzos mecánicos importantes y pueden ser
utilizados en instalaciones fijas o parcialmente móviles. Excepto en esfuerzos de
tracciones o de torsiones fuertes o intensas.
Según las necesidades y por principio de funcionamiento se los puede seleccionar
para aplicaciones muy variables como es llevar señales de transmisores hasta
comunicaciones en diversos protocolos industriales.
• Overall Beldfoil Shield, tienen un aislamiento bastante seguro, sus
conductores son tipo cable, la protección es aluminio-poliester Beldfoil
enrollado en papel y chaqueta de PVC. Este tipo de conductor viene en
diferente tipo de pares y calibres, los más utilizados son de calibre 20 y 22
54
AWG en pares 3, 4, 6, etc. El principal fabricante de estos conductores es la
empresa BELDEN.
• Overall Foil/Braid Shield, es un conductor multipar blindado con baja
capacitancia para sistemas de comunicación serial en los estándares
RS 232, RS 422 y RS 485.
Poseen un factor de disipación de alta velocidad de transmisión, mínima
distorsión en el manejo de datos. Entres sus propiedades físicas constan de una
alta resistencia a presiones.
• Coaxial RG, es un conductor dedicado para la comunicación desde la
Radio hasta la Antena en el sistema de telecomunicaciones. Tiene un
aislamiento de lámina metálica denominada Duofoil. Estos cables pueden
comunicar señales del tipo band ancha, señales análogas estándares,
señales análogas o digitales de video, entre otros.
Cable de fuerza
• Cable tipo Sucre, son los conductores más básicos y elementales que se
pueden encontrar en el mercado, es decir los más comúnmente utilizados, y
que no tienen mucha exigencia en lo referente a aislamiento y
conductividad. Referente a las normas que debe cumplir no se le da mucha
importancia ya que estos conductores siempre estarán dentro de tubería y
accesorios explotion proof que cumplen ya con la norma exigida.