VI MODERNIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE PROCESO EN COMPLEJOS MARINOS DE PRODUCCIÓN - ALTERNATIVAS EN BENEFICIO DEL AMBIENTE

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1 VI MODERNIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE LOS ESQUEMAS DE PROCESO EN COMPLEJOS MARINOS DE PRODUCCIÓN - ALTERNATIVAS EN BENEFICIO DEL AMBIENTE Abraham Estrada Flores (1) Ingeniero Quimico Industrial. Maestria en Ingeniería Ambiental. Perito en Ingeniería de Procesos. Coordinador de Ingeniería en Construcción, Pruebas y Puesta en Operación de Plantas de Refinación y Plataformas Marinas. Coordinador Configuración Sistema Digital de Monitoreo y Control en Houston, Texas. Ponente en Congresos Nacionales e Internacionales. Investigador en el Instituto Mexicano del Petróleo.. Luis Mateo Silva M. Responsable de la Competencia de Tecnologías de Proceso y Medio Ambiente en el Instituto Mexicano del Petróleo Ricardo Contreras Contreras Maestría en Ciencias en Ingeniería Ambiental en el Instituto Politécnico Nacional. Catedratico en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura. Dirección (1) : Instituto Mexicano del Petróleo - Av. Eje Central Lázaro Cárdenas No C.P México - D.F. - Tel: (015) Fax: (015) egamboa.@ RESUMEN Los complejos marinos de producción comprenden plataformas enlazadas entre si por puentes; se consideran instalaciones de alto riesgo debido a las condiciones de operación requeridas por los procesos de extracción, separación gas-aceite y al volumen de hidrocarburos que manejan. El incremento en las actividades petroleras ha generado que los estudios de análisis de riesgos y el control de la contaminación sean cada vez mas importantes para las compañias que tienen sus operaciones de extracción y producción en el mar.por esta razón es imperativo inducir la óptica hacia la modernización de los esquemas de proceso y reconfigurar los sistemas de desfogue para que al interaccionar mediante lógicas de control se prevengan las emisiones al ambiente y se reduzca al máximo la pérdida de inventarios. La optimización y automatización con sistemas de control dedicados y comunicación al sistema de control distribuido, conducen a crear conciencia sobre aspectos como ahorro de energía y sistemas amigables con el ambiente hasta alcanzar el desarrollo sustentable en estos procesos, tema central de este trabajo. PALABRAS-CLAVE. Modernización, Optimización, Esquemas de Proceso, Complejos Marinos, Beneficio del Ambiente. INTRODUCIÓN Los complejos marinos de producción de hidrocarburos comprenden grupos de plataformas enlazadas entre si por puentes; se consideran instalaciones de alto riesgo debido a las condiciones de operación requeridas por los procesos de extracción de crudo, separación gas-aceite, acondicionamiento para enviar a tierra por medio de ductos y al gran volumen de hidrocarburos que manejan. El incremento en las actividades petroleras de la sonda de campeche ha generado que el análisis de riesgos y el control de la contaminación ambiental, sean cada vez mas importantes para las compañias que tienen sus operaciones de extracción y producción en el mar. Con base en lo anteriormente mencionado, es importante inducir la óptica hacia la modernización de los esquemas de proceso y configurar los sistemas de desfogue de tal manera que al interaccionar se reduzcan las emisiones al medio ambiente. Como consecuencia, las perspectivas referentes al ahorro de energía, reducción de costos y de personal a bordo de las plataformas conduce a la optimización y automatización total con sistemas de control dedicados ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 y comunicación al sistema de control didtribuido, considerando los servicios auxiliares asociados al proceso, incluyendo válvulas de seguridad y sistemas de encendido electrónico, válvulas de bloqueo de emergencia asociando los algoritmos de operación de las plantas con eventos para relevo de gases de desecho al quemador. Un accidente en la operación de una instalación generalmente implica la posible emisión o liberación del material de proceso al medio ambiente; las causas principales son: Errores humanos (personal de operación y mantenimiento). Fallas en la instrumentación del sistema. Corrosión y erosión de lineas y equipo de proceso. La duración del accidente depende en gran medida de la eficiencia del sistema instrumentado, de los esquemas de seguridad y de la intervención oportuna del personal que en esos momentos se encuentra disponible. Una explosión puede ser considerada como un equilibrio rápido de un gas a alta presión con el medio ambiente, este equilibrio puede ser tan rápido que la energía contenida en el gas, es disipada como onda de choque. Dependiendo de la composición y masa del material liberado, puede formarse una nube tóxica inflamable o explosiva que genera diversas consecuencias, como daños a equipo de proceso y estructuras, efectos en la salud del personal e inclusive la muerte; asi como pérdidas económicas por derrame y producción diferida. Ante esta situación, se encontró la manera de reducir estos eventos desde el diseño mismo de la instalación, efectuando reconfiguraciones de los esquemas de proceso para recuperar el producto que anteriormente era lanzado al quemador y minimizar la contaminación del ambiente, preocupación latente de la industria del petróleo. DESARROLLO En las plataformas de producción se realiza la separación de la mezcla gas-aceite en dos etapas regularmente. Cada etapa está constituida por un separador y un rectificador, como se muestra en la figura No. 1 anexa. Al crudo proveniente de la 2ª. etapa de separación se le incrementa la presión mediante un sistema de bombeo, para ser enviado a tierra, el gas de la 1ª etapa de separación es conducido a la sección de compresión y transportado a tierra. Una parte del gas comprimido es destinada para el consumo interno del mismo complejo previa deshidratación, endulzamiento y secado. Respecto a los sistemas de desfogue, como se manejan condiciones de presión sumamente diferentes en el proceso, se deben considerar tantos cabezales como niveles de presión existan; en la práctica se contemplan dos, uno de alta presión y otro de baja presión, cuyos rangos a manejar son: Mayores de 10 Kg/cm 2 alta presión. Menores de 10 Kg/cm 2 baja presión. La reconfiguración del proceso y sistemas de desfogue son con el propósito de minimizar emisiones al ambiente, reducción de masas a relevar y recuperación de inventarios que antes eran enviados al quemador. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 FIG U RA N o.1 ESQUEMA TIPICO DE UN PROCESO DE SEPARACIÓN GAS-ACEITE. A COMPRESIÓN EC-3101 AB FA-3105AB FA-3103 COMPRESION EC-3102 FA-3101AB FA-3104 FA-3106 FD-3101A/B FA-3102AB CRUDO DE POZOS GA-3101 AD/R CRUDO A TIERRA ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Con base en análisis de los procesos de separación de la mezcla gas-aceite, el control crítico es mantener la presión de separación en 1ª. y 2ª. etapa; en caso contrario, cuando la presión es mayor de la establecida, pero antes de la presión de apertura de la válvula de seguridad acciona la válvula PV de control de presión liberando el exceso al desfogue; situación idéntica se presenta con el tanque separador de 2ª. etapa; sin embargo, cuando esto sucede el arrastre no solamente es de gas, sino también de condensado, inclusive de crudo originando que el aceite logre salir por el quemador contaminando el entorno. Se propone que cada una de estas válvulas de exceso de presión sean canalizadas hacia un enfriador (condensador) y después hacia un tanque colector en donde por la parte superior se colocará la válvula correspondiente de exceso de presión con salida al quemador. Ya sin aceite en el quemador, se reduce la contaminación, así como la pérdida de producto; puesto que el posible condensado queda atrapado en el colector mencionado y el resto, en el tanque separador de desfogue. Otro de los problemas típicos en los tanques de separación de la 1ª. y 2ª. etapa es por fallas en las válvulas de control de nivel originándose la inundación correspondiente puesto que las bombas no alcanzan a desalojar el producto y como consecuencia la apertura de las válvulas al quemador es inminente. Se recomienda colocar un arreglo de dos válvulas de control de nivel en paralelo siendo una relevo de la otra; este arreglo tiene que ser automático y con acceso al sistema de control digital para tener posibilidad de manipular el control a criterio del operador, el esquema se muestra en la figura No. 2 anexa. El arreglo propuesto es clave para evitar flujo de líquido al quemador, puesto que se anula la posibilidad de falla en el control de nivel. Respecto al sistema de desfogue; se recomienda que las descargas de las válvulas de seguridad sean conectadas a 45 sobre la vertical al cabezal general de desfogue, con el propósito de reducir la contrapresión hacia las válvulas de seguridad canalizando el flujo en sentido al quemador. El cabezal colector de desfogue debe quedar por la parte inferior de las descargas de las válvulas de seguridad para evitar acumulación de condensado en el tubo de descarga de la válvula. De no ser posible, colocar un dren para desalojar el fluido acumulado en el tramo de tubería. Se deberán considerar cabezales de alta y baja presión en el sistema, dirigidos a un solo tanque separador de desfogue puesto que la contrapresión en ese punto es la misma; la condición para la interconexión de ambos cabezales deberá ser lo más cerca posible al tanque separador. Por lo anterior cabe mencionar que no es necesario considerar tanques asociados a cada desfogue (alta y baja presión); sino solamente uno en el cual se tomarán en cuenta todos los eventos posibles para el diseño adecuado del equipo; con esto se tienen ahorros considerables en tanque, estructura y equipo de bombeo. En caso de tener desfogue ácido, éste será totalmente independiente de los dos anteriores. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 FIG U RA N o.2 ESQUEMA QUE MUESTRA LA RECONFIGURACIÓN DE LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN GAS-ACEITE. A COMPRESIÓN EC-3101 AB FA-3105AB FA-3103 COMPRESION EC-3102 FA-3101AB FD-3101A/B FA-3104 FA-3106 FA-3102AB CRUDO DE POZOS GA-3101 AD/R CRUDO A TIERRA ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 En el sistema tradicional se observa que en la sección de 1ª. y 2ª. etapa de rectificación se dispone de válvulas de control con salida hacia el sistema de desfogue correspondiente en caso de presentarse un exceso de presión; dichas válvulas están asociadas con válvulas de control colocadas a la entrada de cada enfriador. Esto origina que al momento del relevo al quemador se presente un arrastre del líquido contenido en los rectificadores llevando consigo una gran cantidad de producto que no alcanza a ser separado en el tanque de desfogue como consecuencia de no haber sido contemplado este evento como caso crítico en el diseño del mismo. Con el propósito de que todos los desfogues sean amigables con el medio ambiente, y mantenga una atmósfera adecuada para coadyuvar a la preservación de la flora y fauna marina, se contempla la reconfiguración de este esquema incluyendo modificaciones en el diseño de todo el desfogue y el tanque separador instalado antes del quemador. La reconfiguración es la siguiente; y se muestra en la figura No. 2 anexa. En los rectificadores de 1ª. y 2ª. etapa se elimina la válvula de control de presión, transfiriéndose hacia los captadores de condensado FA-3105AB y FA-3106 y dejando en los rectificadores sólo el transmisor de presión correspondiente, de tal manera que cuando se tenga un exceso de presión en estos equipos, el relevo pase primero por cada uno de los condensadores y el líquido sea captado en los tanques FA-3105AB y FA exclusivos para ese propósito; y hacia el quemador sea canalizado exclusivamente el gas. En forma adicional se propone que este gas sea alimentado a un condensador, recuperando más condensado todavía, aunque esto implica la consideración de un condensador y tanque respectivamente. Cabe hacer notar que la instalación no está expuesta a ningún riesgo puesto que se tienen las válvulas de seguridad necesarias para cuando la presión exceda los puntos de calibración de las de control y funcione entonces como un sistema de emergencia y no como operación normal. Adicionalmente, se seleccionó un solo tanque separador de desfogue para rangos de presión que oscilan entre 2 Kg/cm 2 y 60 Kg/cm 2 ; separando dentro de la instalación como desfogue de baja, las válvulas calibradas entre 2 Kg/cm 2 y 10 Kg/cm 2, y desfogue de alta aquellas que se encuentran a presiones de relevo mayores a 10 Kg/cm 2, en un punto cercano al tanque separador efectuar la unión de estos dos desfogues. Es importante mencionar, que otro de los eventos comunes en operación es cuando se suscita el paro de algún compresor, en ese momento el flujo manejado por él mismo es canalizado hacia el desfogue vía una válvula reguladora de presión o de rebote de carga, sólo en caso de que exista la opción de desvío de la carga hacia otra plataforma o compresor se evitará ésta línea al quemador; también se propone canalizar esta línea hacia el condensador propuesto para recuperar la mayor cantidad de condensado y retornarlo hacia el proceso. CONCLUSIONES En virtud de que estas instalaciones no pueden dejar de operar debido al compromiso con programas de explotación de crudo, y sin olvidarse de la responsabilidad que se tiene con la conservación del ambiente marino y el incremento del índice de seguridad para el personal que ahí labora; es imprescindible dirigir la óptica hacia los problemas de derrame de aceite, emisión de gases a la atmósfera y contaminación del ambiente para su inminente solución al más bajo costo y de ser posible, aprovechando la infraestructura existente; es por esto, que la reconfiguración implementada a este tipo de instalaciones es con el fin de crear conciencia sobre una educación de ahorro de energía, recuperación de inventarios y conservación y preservación del ambiente marino. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Ingeniería Básica para la Plataforma de Producción ABKATUM-D1, Sonda de Campeche, México. 2. Flare Systems Study Environmental Protection Association 3. Difusión Atmosférica Pasquill 4. Properly designed mechanical equipment can make flares -Environmental 5. Management handbook smokeless. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6