Red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de la red de Pep en la Sonda de Campeche

Transcripción

1 Red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de la red de Pep en la Sonda de Campeche José A. Mundo Resumen Pemex Exploración y Producción (PEP), a través de la Coordinación de Control Marino y Posicionamiento de Embarcaciones, tiene una red de estaciones meteorológicas y oceanográficas en la Sonda de Campeche (ilustración 1). La información que generan las estaciones se utilizan para la elaboración de boletines y avisos meteorológicos que se difunden, no solamente a Petróleos Mexicanos (Pemex) en la Sonda de Campeche, sino a las autoridades portuarias y municipales de Ciudad del Carmen y Lerma, Cam., y Dos Bocas, Tab. Llevar un control a tiempo real de las condiciones en el área de plataforma permite a las autoridades de Pemex una mejor toma de decisiones en los programas operativos de las actividades petroleras. Ilustración 1. Localización de las plataformas de la red de Pemex. Para rehabilitar y mantener la continuidad en la operación óptima de la red de estaciones y la confiabilidad en los datos que genera dicha red, Pemex estableció un convenio de trabajo con el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. El IMTA rehabilitó y aplicó los programas de mantenimiento y calibración a los equipos de la red de Pemex, lo que ha hecho posible que actualmente opere al 100 por ciento. 43

2 Introducción Las instalaciones petroleras son de alto riesgo por el tipo de sustancias y materiales que se manejan. Los principales peligros se deben a incendios por fallas de los equipos. Sin embargo, en la Sonda de Campeche las instalaciones marinas están expuestas además a riesgos meteorológicos, como son los vientos por frentes fríos en época invernal, denominados nortes, y en el verano el paso de los ciclones tropicales. Pemex cuenta en la Sonda de Campeche con la Coordinación de Servicios Marinos y Posicionamiento de Embarcaciones, encargada de controlar el tráfico de embarcaciones en esa zona. La toma de decisiones se basa en las mediciones que genera la red de estaciones meteorológicas y oceanográficas. Los equipos que integran esta red de estaciones son fabricados con tecnología de punta por la compañía noruega Aanderaa Instruments. Dicha red se compone por cinco estaciones meteorológicas automáticas, cuatro medidores de ola y marea, y cuatro perfiladores de corrientes marinas. Con esta red de estaciones se hace el monitoreo de las condiciones hidrometeorológicas en la Sonda de Campeche. Durante los años anteriores a 2004, el mantenimiento de la red hidrometeorológica corría a cargo de NorControl, que a su vez subcontrataba a la compañía Aanderaa. Los tiempos de respuesta de la empresa noruega eran muy grandes y los costos resultaban muy elevados. Por esta razón, Pemex buscó una institución mexicana que tuviera la capacidad de responder a esta necesidad. Contactó al IMTA y en 2003 se realizó una visita técnica en las plataformas de Cayo Arcas e Ixtoc- A, para evaluar e inspeccionar las condiciones y entorno en que se encontraban dos de las cinco estaciones meteorológicas automáticas de la red de Pemex, región marina Noreste. Como resultado de la visita se entregó a Pemex un informe técnico, donde se hicieron recomendaciones para la reubicación de las estaciones y la necesidad de establecer un programa de mantenimiento y calibración de sensores. Desde el año 2004, Pemex contrató al IMTA para el mantenimiento y calibración de la red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de la Sonda de Campeche. Desarrollo o problemática a atender y soluciones propuestas Red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de Pemex en la Sonda de Campeche Desde 1998, Pemex puso en marcha una red de estaciones meteorológicas y oceanográficas en la sonda de Campeche compuesta por cinco estaciones meteorológicas automáticas (AWS 2700, por sus siglas en inglés), cuatro medidores de ola y marea (WTR-9, por sus siglas en inglés) y cuatro medidores Doppler de corrientes marinas (DCM-12, por sus siglas en inglés); todas de la marca Aanderaa Instruments. Estos equipos fueron ubicados en las plataformas marinas de Cayo Arcas, Ixtoc-A, Rebombeo y Eco-1. En cada una de ellas se instalaron una estación meteorológica, un medidor de olas y mareas y un medidor de corrientes marinas. En las instalaciones de la petroquímica, en la terminal marítima de Dos Bocas, se colocó una estación meteorológica automática. Las estaciones meteorológicas localizadas en las plataformas marinas fueron instaladas a un lado de la torre de telecomunicaciones, aproximadamente a 25 m sobre el nivel medio del mar, y en la estación meteorológica ubicada en la terminal de Dos Bocas, sobre el techo del edificio de 4 m, de telecomunicaciones. Los WTR-9 fueron instalados a 5 m de profundidad, sujetados en su base soporte a una pierna de la plataforma, y los DCM-12 estaban instalados sobre el lecho marino, aproximadamente entre 50 y 70 m de distancia de la plataforma. La estructura base (mooring frame) de los DCM-12 estaban a una profundidad de 34 m en Cayo Arcas, en Ixtoc-A a 50 m, en Rebombeo a 34 m y en la plataforma Eco-1 a una profundidad de 20 metros. La transmisión de los datos de los tres equipos se hace a través de cableado, desde el instrumento hasta un servidor de cómputo, situado aproximadamente a una altura de 60 m dentro del shelter de la torre de telecomunicaciones. Del servidor de cómputo, los datos son transmitidos vía microondas hacia la estación receptora en Laguna Azul, Ciudad del Carmen. 44

3 Condiciones iniciales de la red de Pemex En general, las estaciones meteorológicas se encontraron operando, aunque las mediciones no eran confiables. Había desconocimiento de qué tan cercanas estaban las mediciones del valor convencionalmente verdadero. Era necesario determinar el error en la medición. Las principales fallas que presentaban las estaciones meteorológicas eran: Sensores meteorológicos dañados. Estación incompleta, sensores o accesorios inexistentes (quitados por mal funcionamiento). Impactos en el cuerpo del sensor por ráfagas de arena utilizadas en la aplicación de pintura a la plataforma. Sensores adheridos a su base de conexión, sulfatados, por falta de mantenimiento e, incluso, que impedían el mismo. Display de dataloggers dañados, por líquido regado. Tornillería oxidada. Falta de mantenimiento periódico en los equipos de la red. Falta de calibración de sensores. Mala ubicación de las estaciones por influencias de su entorno. De los ocho equipos oceanográficos, solamente operaba un medidor de corrientes marinas DCM-12; el resto estaba dañado. Las fallas más comunes en las instalaciones de la red de Pemex eran las siguientes: Sensores de presión hidrostática inservibles. Tarjetas electrónicas dañadas, que los inhabilitaba para operar. Equipos WTR-9 con daño permanente, ya que se había roto la hermeticidad del cilindro que protege a la electrónica y el agua había penetrado, dañando y corroyendo incluso el cilindro de protección de la electrónica, quedando inservibles dichos equipos. Ruptura de cables submarinos de los equipos oceanográficos, por mala instalación y sin protección. Ruptura de los flejes metálicos que sostenían al soporte de los medidores de ola y marea, con la consecuente ruptura del cable de conexión y caída del instrumento al lecho marino. Equipos dañados por la ruptura de la hermeticidad del cilindro que protege a la electrónica. Falta de mantenimiento preventivo, provocando taponamiento de los orificios de entrada de aire de los sensores de presión. El medidor de corrientes marinas DCM-12 ya estaba discontinuado por el fabricante. Rehabilitación de la red de Pemex Con la finalidad de actualizar y rehabilitar la red de Pemex, se suministraron los siguientes equipos: Cinco perfiladores Doppler de corrientes marinas (Recording Doppler current profiler, RDCP-600), para sustituir al DCM-12 ya discontinuado. Cinco registradores de ola y marea (WTR-9). Sensores meteorológicos de respaldo y dos estaciones meteorológicas completas. Sistema de alimentación de respaldo con base en baterías recargables y paneles solares. Accesorios y componentes para el almacenamiento y respaldo de datos. Lotes de refacciones para los equipos meteorológicos y oceanográficos. Para solucionar los problemas técnicos que venían ocurriendo en la red de estaciones de Pemex, personal de IMTA realizó las siguientes acciones: Protección de los cables submarinos con tubería de PVC, sujetada a la pierna de la plataforma con abrazaderas de acero al carbón. Uno de los principales puntos de falla en la operación de los equipos oceanográficos son los cables submarinos. Protección de los instrumentos oceanográficos con cinta para ductos y pintados con pintura antivegetativa. La cinta para ductos evita que la conchuela y otros organismos marinos se peguen directamente al cilindro del instrumento y la pintura antivegetativa evita que, al menos durante tres meses, dichos organismos no se peguen al cilindro o los sensores. También se evita que se tapen las entradas de los sensores de presión, el sensor de temperatura y los transductores sónicos. 45

4 Los cables de conexión que quedan fuera de la tubería se protegieron con manguera de plástico para evitar posibles daños por rozamiento. Aseguramiento de los cables desde el nivel de mareas hasta el shelter, verificando que ningún cable quedara expuesto al vaivén del movimiento marino. Protección de cada interconexión entre los cables de los equipos, para evitar filtraciones de agua o brisa marina que genere la oxidación y consecuente fallo de los equipos. Suministro e instalación de partes y componentes que ya estaban oxidados o dañados. Rehabilitación de cables submarinos dañados que ya estaban dados de baja y que son de alto costo. Son cables de 150 m de longitud a los que se les quitaron las partes dañadas, se unieron y protegieron con resinas que soportan las condiciones marinas. Se fabricaron mejores horquillas de sujeción. Fabricación de soportes del equipo WTR-9 para asegurar la sujeción a la pierna de la plataforma, eliminando los flejes. Instalación de los equipos nuevos RDCP-600 y WTR-9, quedando los WTR-9 usados para rehabilitación y utilizarlos como respaldos cuando exista daño en algún equipo o se envíen los WTR a calibración. Se repusieron los sensores meteorológicos y se rescataron sensores adheridos a la cruceta de sensores. Se rehabilitaron sensores de viento, cuyas veletas y cazoletas estaban atoradas. Se sustituyeron sensores meteorológicos que ya no operaban, por sensores nuevos. Para asegurar que la red de Pemex operará continuamente y sin pérdida de datos, se instalaron fuentes de alimentación de respaldo con base en paneles solares y baterías recargables, de tal manera que aun en presencia de fenómenos meteorológicos extremos, la red será capaz de medir y se respaldarán los datos. Comúnmente, la red opera basada en el suministro de energía de la plataforma y la fuente de respaldo entra inmediatamente cuando existe interrupción del suministro principal. Se entregaron unidades de almacenamiento de datos con capacidad de hasta 262,000 palabras de diez bits para respaldar los datos. Una vez que cada uno de los instrumentos mide, inmediatamente se transmiten vía microondas a Ciudad del Carmen. En caso de que el sistema de transmisión falle, aunque en Ciudad del Carmen no estén recibiéndose los datos, éstos se almacenan en las unidades de cada una de las plataformas y luego se podrán recuperar. Mantenimiento de la red de Pemex Para garantizar que un sistema de medición opere de manera continua, es necesario implantar un programa de mantenimiento preventivo menor y mayor. El mantenimiento preventivo menor se debe realizar, al menos, dos veces al año e inmediatamente después del paso de un fenómeno meteorológico extremo. El mantenimiento que se implantó en la red de Pemex, no solamente consiste en efectuar limpieza de cada uno de los componentes de los instrumentos, sino es un mantenimiento integral que incluye: Toma fotográfica para contar con un registro visual del estado o condiciones en que se encuentran los equipos y sus componentes. Monitoreo de la operación de la estación o equipo y verificación de las mediciones de los sensores, registrando a los sensores con mediciones no confiables. Instalación de un equipo de respaldo (AWS- 2700, WTR-9, RDCP-600) para operarla mientras se proporciona mantenimiento a la estación o equipo original de la plataforma. Limpieza de la estación o equipo, su estructura, los sensores y componentes y el sistema de alimentación de respaldo, quitando residuos de sustancias de protección aplicadas anteriormente. Lubricación de la estructura y receptáculos de sensores y componentes de la estación o equipo. Protección con cinta vulcanizada, primero, y cinta gris encima de la cinta vulcanizada, de cada unión del sensor con la cruceta y cada unión de la estructura de la estación o, en el caso de los equipos oceanográficos, se protege el cilindro del equipo. Protección con grasa antiferrante de los tornillos, tuercas y rondanas de la estación. Revisión de la integridad de cables de interconexión entre cajas de unión y aislador galvánico y la fuente de alimentación. Respaldo de la información de las unidades de almacenamiento de datos. 46

5 Reinstalación de la estación o equipo, ensamblando cada uno de sus componentes. Verificación de la operación y funcionalidad de los sensores de la estación o equipo. Comparación de los sensores de la estación con instrumentos de referencia del IMTA, para verificar que las mediciones sean las correctas, sustituyendo los sensores cuyas mediciones no son confiables, por sensores recién calibrados, actualizando los coeficientes de calibración en el programa operativo del nuevo sensor. Integración, puesta en marcha y sincronización de la estación meteorológica o equipo oceanográfico a la red de estaciones. Verificación en el servidor y llamada telefónica a Control Marino en Ciudad del Carmen, para verificar que los datos de la estación se están recibiendo correctamente. Aseguramiento de los equipos y el área. Actualización de bitácoras en el sitio de ubicación de la estación. Toma de fotografías y video a la estación meteorológica o equipo oceanográfico, para registro documental de las condiciones después del mantenimiento. En el mantenimiento mayor, se sustituyen partes o componentes cuya vida útil se ha terminado o está próxima a terminar, o componentes cuyo estado requiera sustitución. Calibración de sensores de la red de Pemex El proceso de calibración al que se han sometido los sensores de la red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de Pemex, ha permitido que sustancialmente se mejore la calidad de los datos medidos en la Sonda de Campeche. Las ilustraciones 2, 3 y 4 muestran las curvas de calibración de los sensores antes y después de realizar la corrección del error de medición. Todo instrumento de medición que forma parte importante de un sistema establecido para tal fin, debe someterse a proceso de calibración y tener trazabilidad, para dar confiabilidad a las mediciones que se lleven a cabo. Ilustración 2. 47

6 Ilustración 3. Ilustración 4. 48

7 Sistema de gestión de la calidad para la red de Pemex Se desarrolló un sistema de gestión de la calidad para la red de monitoreo hidrometeorológico de PEP, compuesto por los siguientes documentos: Manual de calidad: estructura organizacional; funciones y responsabilidades; procesos de la red de monitoreo hidrometeorológico; sistema de gestión de la calidad; responsabilidades de la Dirección; gestión de recursos; medición, análisis y mejora, y normas y documentos de referencia. Manual de procedimientos del sistema de gestión de la calidad: control de documentos, control de registros, auditorías internas, control del producto no conforme, acciones correctivas y acciones preventivas. Se realizaron dos auditorías al personal de la Coordinación de Control Marino y Posicionamiento de Embarcaciones y, como resultado, se detectaron dos no conformidades ya atendidas y cerradas. Resultados La red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de Pemex, a la fecha, sigue operando al 100%. Los equipos han estado operando eficientemente hasta la actualidad. Una aplicación práctica de las mediciones que se efectúan en la red de estaciones meteorológicas y oceanográficas de Pemex, es la ocurrida el pasado 21 de octubre de 2005, ante la presencia del huracán Wilma. El oleaje estaba incrementándose, por lo que los pilotos encargados de las monoboyas y de la entrega del crudo a las grandes embarcaciones, decidieron, alrededor de las 16:00 horas, cerrar válvulas y parar operaciones en la zona. En la ilustración 5 se comparan las mediciones hechas por el medidor de olas y marea WTR-9, de la red oceanográfica de Pemex, contra las observaciones subjetivas, basadas en la experiencia de los pilotos, junto con las mediciones de las embarcaciones extranjeras. Según mediciones del WTR-9, no se debieron suspender operaciones tan anticipadamente. La red de estaciones meteorológicas y oceanográficas es de vital importancia para Petróleos Mexicanos. Ilustración 5. 49

8 Conclusiones El mantenimiento y calibración son aspectos fundamentales en la operatividad de todo sistema de medición. Pemex ha obtenido considerables beneficios con la aplicación de los programas de mantenimiento aplicados por personal del IMTA, a saber: A la fecha, Pemex no ha realizado erogaciones por conceptos de mantenimiento correctivo a equipos de la red. Incremento en la seguridad del personal y embarcaciones que laboran en la Sonda de Campeche. Mejora en la toma de decisiones, por contar con información oportuna y en tiempo real. Optimización de las operaciones. Pemex ha tenido un considerable ahorro del 35% en la aplicación de programas de mantenimiento. Con el IMTA, se ha mejorado hasta en 75% la respuesta inmediata para la atención de la red y sus instrumentos ante posibles fallas o interrupciones del sistema de medición. La confiabilidad en las mediciones se sustenta en que cada uno de los instrumentos de medición está calibrado y posee trazabilidad. Bibliografía Mundo Molina, J. A., Inspección de las estaciones meteorológicas automáticas de Control Marino en las plataformas de Cayo Arcas e Ixtoc-A, informe de actividades, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, et al., Rehabilitación, calibración y supervisión de la red de monitoreo hidrometeorológico en la Sonda de Campeche, informe final, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, et al., Servicios de mantenimiento y calibración de la red de estaciones hidrometeorológicas de PEP y cuantificación de la probabilidad de arribo de un ciclón tropical a la Sonda de Campeche, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Autor José Alfredo Mundo Molina. Licenciatura en Ingeniería Industrial, en Eléctrica, por el Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, 1989, y maestro en Ciencias en Ingeniería electrónica, especialidad en Control, 1995, por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico. Metrólogo especialista en la calibración de sensores meteorológicos; diseño y desarrollo de sistemas electrónicos, y en redes de estaciones meteorológicas y equipos oceanográficos. 50