Sistema de monitoreo automatizado del empaque en la red nacional de gasoductos de PGPB.

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1 Documentos Pemex Gas N Sistema de monitoreo automatizado del empaque en la red nacional de gasoductos de PGPB. Febrero, 2007

2 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 SISTEMA DE MONITOREO AUTOMATIZADO DEL EMPAQUE EN LA RED NACIONAL DE GASODUCTOS DE PGPB César Balderas Naranjo Pemex Gas y Petroquímica Básica, Subdirección de Ductos, Av. Marina Nacional 329, Col. Huasteca, Ed. B1, 7º piso, CP 11311, México D,F RESUMEN El sistema SCADA tiene integrado un software de Aplicaciones de Gas que tiene la finalidad de proporcionar una herramienta tecnológica al área operativa que permita operar al SNG dentro de los rangos seguros y óptimos, para lo cual se desarrolló e integró el Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque (SMAE) al SCADA y tiene las siguientes funciones: Calcular el empaque en tiempo real basado en las condiciones operativas como la presión y la temperatura del Sistema Nacional de Gasoductos. Comparar el empaque calculado con sus límites de alarma predeterminados. Consolidar los históricos diarios y horarios del empaque. El SMAE genera los siguientes beneficios: Monitoreo en Tiempo Real del Empaque: Con el monitoreo de la Variación Máxima del Empaque, el operador podrá verificar la capacidad diaria programada (consumos de inyecciones y/o extracciones) y poder mover los consumos durante el día (ajustar programa) de acuerdo con los requisitos de la presión. Cuando el empaque rebasa los límites establecidos, una alarma es enviada al sistema TSW/SAP con todos los datos operativos que originaron la alarma, de esta forma, las diferentes áreas realizan los ajustes necesarios para que la alarma del empaque sea restablecido dentro de los límites normales. Confirmación de Nominación: Verificar que las cantidades nominadas (energía y flujo transportado) no rebasan las niveles de empaque establecidos, de esta forma se confirman o rechazan las cantidades nominadas por los clientes. Establecer el Balance del Sistema: Con la información del empaque en tiempo real se realizan los ajustes de los consumos (inyecciones /o extracciones) de acuerdo a las nominaciones aceptadas para realizar el programa del siguiente día. En resumen, con la operación del SMAE, el personal de operación del SCADA tiene los siguientes beneficios: 1. El monitoreo en tiempo real del Empaque, permite: Mantener el empaque dentro de los límites operativos. Establecer estrategias operativas. Generar tendencias del empaque 1

3 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 Generar reportes instantáneos del empaque 2. Almacenamiento Histórico, Diario y Horario del Empaque. 3. Envío del empaque los sistemas de PGPB: TSW/SAP. Portal del SCADA Management Cockpit Room De esta forma, la información del empaque es uno de los principales indicadores dentro de los sistemas de negocios de PGPB. INTRODUCCION Actualmente la Subdirección de Ductos de PEMEX GAS Y PETROQUÍMICA BÁSICA tiene en operación el Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA), para la red de Gasoductos y LPGductos. El SCADA permite controlar y supervisar en tiempo real, de manera más eficiente y segura, las condiciones operativas a lo largo de todas las instalaciones, conformando una verdadera herramienta de soporte de decisiones para las funciones propias del transporte de Gas; gracias a la información que recolecta, procesa y almacena en su base de datos. El Sistema Nacional de Gasoductos (SNG) cuenta con kilómetros de gasoductos distribuidos en tres zonas geográficas (Norte, Centro y Sur). El SCADA tiene integrado un Software de Aplicaciones de Gas que permiten hacer más eficientes las actividades administrativas y comerciales, a través de: Maximizar el uso de la capacidad potencial del transporte, utilizando el Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque. Atender al cliente proporcionándole información en tiempo real sobre consumos y contratos Información en tiempo real sobre volúmenes, presiones, temperatura, Cromatografía de Gas, inyecciones y extracciones Continuar garantizando el suministro a los clientes Con el Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque (SMAE) integrado al SCADA se ha convertido con el paso del tiempo en una valiosa herramienta para establecer las estrategias operativas que permitan operar los gasoductos dentro de los límites operativos establecidos. Los valores del empaque que genera el SMAE son enviados al sistema TSW/SAP con el propósito de operar el SNG de acuerdo con las presiones de entrega, la MAOP y la compresión disponible; también son enviados al portal del SCADA y al Cockpit. El SMAE proporciona valores instantáneos cada minuto, los valores de la hora previa y el día previo. En los casos de que existan fallas en la colección de la presión, temperatura y la calidad de gas, el SMAE cuenta con hojas de cálculo desarrolladas en Excel, en estas hojas, el personal de operación ingresa manualmente los valores de presión y temperatura para calcular el empaque del SNG. El propósito de este trabajo es mostrar cómo se desarrolló e integro el SMAE al SCADA y que actualmente se ha transformado en unos de los principales indicadores de PGPB. NOMENCLATURA SMAE: Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque. 2

4 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 SNG: Sistema Nacional de Gasoductos. SCADA: Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos. MAOP: Presión Máxima de Operación Permisible tiempo real, de manera más eficiente y segura, las condiciones operativas del SNG (figura 1). DESARROLLO El SNG cuenta con 12,000 kilómetros de ductos interconectados de diferentes diámetros y longitudes y se extiende en el territorio nacional a través de 19 entidades federativas, entregando gas a más de 1,094 usuarios industriales y comerciales en los sectores público y privado. Para su operación y mantenimiento el SNG se divide en 13 sectores. Cárdenas; Minatitlán; Veracruz; Cd. Mendoza; Tlaxcala; Venta De Carpio; Salamanca; Guadalajara; Madero; Reynosa; Monterrey; Torreón, y Chihuahua y son distribuidos en tres zonas geográficas (Norte, Centro y Sur). A lo largo de esta Red Nacional de Ductos se encuentran 534 actuadores de los cuales 440 corresponden a gas natural y 94 a gas LP, 315 Estaciones, dentro de las cuales se tienen 13 Estaciones de Compresión y 5 Estaciones de Bombeo. Todo lo anterior se encuentra comunicado al sistema SCADA proporcionando información en tiempo real de las condiciones operativas de las redes de transporte, tanto de Gas Natural como de Gas LP. A la fecha se tienen integrados al SCADA 350 Unidades Terminales Remotas (UTR s) para Gas Natural y Gas LP, así como el 145 de computadores de flujo validados y aceptados por el cliente para facturación de los cuales 101 ya se utilizan en el proceso de facturación. Gracias a la información que recolecta, procesa y almacena en su base de datos, el Sistema SCADA se ha transformado en una verdadera herramienta permite controlar y supervisar en Centro de Control de Contingencia Venta de Carpio CIR Chihuahua CIR Torreón CIR Guadalajara CIR Salamanca CIR Valle de México CIR Monterrey CIR V. de Carpio CIR Reynosa CIR Tlaxcala Centro de Control Ciudad de México CIR Cd. Madero CIR Poza Rica CIR Veracruz CIR Cd. Mendoza CIR Minatitlán CIR Cárdenas Número de estaciones de medición =118 Centros de información remotos =15 Figura 1. Cobertura del SCADA en el Sistema Nacional de Gasoductos (SNG) El SCADA cuenta actualmente con un Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque (SMAE) que permite monitorear, calcular y desplegar el volumen de gas contenido (empaque de línea) dentro de todo el sistema de gasoductos de PGPB. El empaque es un valor operativo de vital importancia ya que de esto depende en gran medida las decisiones tomadas para importar gas natural, arrancar o parar estaciones de compresión y en algunos casos bajar el suministro en algunos puntos que permiten esta contingencia. Esta información esta disponible en Internet vía ScadaNet. El SMAE tiene las siguientes funciones: Configuración de segmentos de ductos. Calcula el empaque por segmento de ducto. Genera y registra el cambio en el Empaque de Línea horario y diario. 3

5 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 Consolida la información del Empaque de Línea en subtotales y totales. Genera los históricos diarios y horarios del empaque de línea. Características físicas del segmento (longitud, diámetro y elevaciones) Temperatura y Presión base El SMAE calcula el empaque cada minuto de acuerdo la Ley Universal del Gas. Los valores promedio de presión y de la temperatura son calculados usando los puntos analógicos de presión y temperatura poleados y almacenados en la base de datos de tiempo real (figura 3) Figura 3. Definición y configuración de segmentos. Figura 2. Ecuaciones del Empaque que usa el SMAE. Para la configuración del SMAE se realizaron las siguientes acciones: 1. Definición y configuración de segmentos ductos (figura 3). Para definir un segmento de ducto se requiere: Nombre del Segmento de ducto. Descripción. Grupo. Composición del Gas Telemetría (puntos de entrada/salida de la presión y la temperatura) 2. Desarrollo de gráficos. Para el monitoreo en tiempo real del empaque, se desarrollaron gráficos que permitan desplegar los valores instantáneos, hora anterior y del día anterior del empaque de segmentos, sectores y zonas geográficas (figura 4). 3. Gráficas de tendencias: Para el control del empaque se desarrollaron gráficas de tendencias del empaque de sectores, zonas geográficas y nacional (figura 5) 4. Gráficos de segmentos y secciones de ductos (figura 6) 5. Configuración de reportes en Excel (figura 7) 4

6 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT Configuración manual del empaque: El SMAE tiene disponible un archivo en Excel para que personal de operación pueda realizar los cálculos del empaque en el caso de que existan contingencias en el sistema SCADA. Figura 6. Empaque en tiempo real por segmentos Figura 4. Monitoreo en tiempo real del empaque Figura 7. Reportes en Excel Figura 5. Tendencias del empaque 5

7 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT Configuración de alarmas del empaque: El SMAE tiene disponible un archivo en Excel para que personal de operación pueda realizar los cálculos del empaque en el caso de que existan contingencias en el sistema SCADA. Una vez realizada la fase de configuración, el SMAE fue implantado en el SCADA de acuerdo con las siguientes etapas: Primer Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Norte; inició en agosto del 2003 y terminó en marzo del 2004 realizando las siguientes actividades: Integración del empaque de acuerdo con la telemetría (presión, temperatura y calidad de gas) disponible en los sectores de Chihuahua, Torreón, Monterrey y Reynosa. Integración de tendencias para desplegar los valores instantáneos, hora anterior y del día anterior del empaque. Integración del archivo en Excel para el cálculo manual del empaque. Integración de límites de alarma. Operación del Sistema (inició en abril del 2004) Segunda Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Centro; inició en abril del 2004 y terminó en octubre del 2004 realizando las siguientes actividades: Integración del empaque de acuerdo con la telemetría (presión, temperatura y calidad de gas) disponible en los sectores de Cd. Mendoza, Tlaxcala, Venta de Carpio, Salamanca y Guadalajara. Integración de tendencias para desplegar los valores instantáneos, hora anterior y del día anterior del empaque. Integración del archivo en Excel para el cálculo manual del empaque. Configuración de límites de alarma. Operación del Sistema (inició en noviembre del 2004). Tercera Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Sur; inició en noviembre del 2004 y terminó en febrero del 2005, realizando las siguientes actividades: Integración del empaque de acuerdo con la telemetría (presión, temperatura y calidad de gas) disponible en los sectores de Madero, Veracruz que incluye Poza Rica, Cárdenas y Minatitlan. Integración de tendencias para desplegar los valores instantáneos, hora anterior y del día anterior del empaque. Integración del archivo en Excel para el cálculo manual del empaque. Configuración de límites de alarma. Operación del Sistema (inició en marzo del 2005) El SMAE despliega el empaque Nacional de acuerdo con los valores de cada zona (figura 8) El SMAE realiza el siguiente Procesamiento. Calcula el inventario como empaque (positivos), y el desempaque (negativos). La tasa de cambio en inventarios de cada subtotal y total es calculada para cambios instantáneos, por hora y por día. Realiza el cálculo instantáneo para determinar la tasa de cambios con base en el último cálculo y el cálculo actual para detectar cambios rápidos en las condiciones de operación. Determina la tasa de cambios horaria con base en el cálculo de inventario de la última hora y el cálculo actual. Genera de manera periódica (cada minuto) para cada subtotal y total la siguiente 6

8 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 información; Inventario calculado, tasa de cambio instantánea, cambio de inventario desde el fin de la última hora, tasa de cambios horaria y cambio en inventario desde el fin del último día Normal (el calculo y la calidad de la información son correctas y no existe falla) El SMAE realiza el procesamiento de alarmas (Alto-Alto, Alto, Bajo y Bajo-Bajo) y eventos para cada subtotal y total de inventario configurado. El SMAE compara el inventario actual con los límites de alarma configurados en el SCADA. Si se viola el límite de alarma, el SMAE presenta una alarma adecuada al operador en el sumario de alarma de SCADA. Cuando se dé por recibida la alarma, deberá permanecer en el sumario de alarmas hasta que deje de existir la condición que causa la alarma. Cuando termine la situación de alarma el SMAE regresa al estado normal y será removida del sumario de alarmas de SCADA. Figura 8. Empaque Nacional El SMAE genera la calidad de la información sobre los valores totales y subtotales del inventario calculados. Cada segmento de ducto tendrá una calidad única. La calidad de información con base en: Alarma (se determinará que el volumen de gas estimado estará en estado de alarma) Manual (el volumen de gas estimado se ha fijado para operación manual y no se estará calculando) Error (no se ha calculado el volumen de gas debido a algún problema de procesamiento o configuración) Desconocido (no se pudo determinar la calidad del volumen de gas estimado) El SMAE presenta las alarmas en el sumario estándar del SCADA y estarán sujetos a las funciones de depuración y recibo, y tiene las funciones de inhibición de eventos en el proceso de alarmas de cada segmento de ducto. El SMAE genera un archivo XML (nativo) en forma automática con la información de la alarma generada y es enviada al sistema de TSW/SAP para que se realicen los ajustes operativos que ocasionaron la condición de alarma del empaque. El SMAE tiene todas las funciones para la recolección y almacenamiento de información de inventarios calculados. La información de inventarios se almacena cada minuto por segmentos, subtotales y totales para el desplegado de tendencias. 7

9 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 El SMAE almacena de manera periódica (cada hora) el empaque de segmentos, subtotales y totales en el sistema. Esta información deberá tener al menos la siguiente información: Inventario actual. Cambio en inventario desde la hora previa. Cambio en inventario desde el día anterior. Con la información histórica del empaque que almacena el SMAE, el operador puede generar los reportes correspondientes. El Cálculo manual genera el empaque por Gasoducto, Sector y Zona (figura 9). Figura 9. Calculo manual del Empaque. A la fecha en el SMAE se tienen configurados 174 segmentos de ductos, 95 secciones o Sub- Totales de empaque y 26 Totales de empaque (incluyen sectores y Nacional). CONCLUSIONES Desde su operación, el SMAE ha generado los siguientes beneficios 1. Flexibilidad Operativa: De acuerdo con los límites operativos establecidos (presiones de entrega, Máxima Presión de Operación Permisible, Compresión disponible). Los valores del empaque son usados de la siguiente forma: Variación Máxima del Empaque: El operador puede verificar la capacidad diaria programada (consumos de inyecciones y/o extracciones) y poder mover los consumos durante el día (ajustar programa) de acuerdo con los requisitos de la presión. Cuando el empaque rebasa los límites establecidos, una alarma es enviada al sistema TSW/SAP con todos los datos operativos que originaron la alarma, de esta forma, las diferentes áreas realizan los ajustes necesarios para que la alarma del empaque sea restablecido dentro de los límites normales. Nominación: Verificar que las cantidades nominadas (energía y flujo transportado) no rebasan las niveles de empaque establecidos, de esta forma se confirman o rechazan las cantidades nominadas por los clientes. Balance del Sistema: Con la información del empaque en tiempo real se realizan los ajustes de los consumos (inyecciones /o extracciones) de acuerdo a las nominaciones aceptadas para realizar el programa del siguiente día. 2. Monitoreo en Tiempo Real. El seguimiento en tiempo real del Empaque, permite: 8

10 GAS Y PETROQUIMICA BASICA 8º Congreso y Expo Internacional de Ductos CLAVE: AUT-05 Mantener el empaque dentro de los límites operativos. Establecer estrategias operativas. Generar tendencias del empaque Generar reportes instantáneos del empaque 3. Almacenamiento Histórico: El SMAE almacena los valores Diarios y Horarios del Empaque para de esta forma generar reportes. 4. Envío de los valores en tiempo real del empaque a los diferentes sistemas que integran las líneas de negocio de PGPB (TSW/SAP, SACADNet y Cockpit). AGRADECIMIENTOS A todo el personal técnico de la Subgerencia de Soporte Centro de Control y Monitoreo del SCADA de PGPB, que aportaron y validaron información contenida en este documento. REFERENCIAS 1. Baseline Gas Applications V6, Technical Reference. Metso Automation,

11 SISTEMA DE MONITOREO AUTOMATIZADO DEL EMPAQUE EN LA RED NACIONAL DE GASODUCTOS DE PGPB Superintendencia de SCADA Medición y Nominaciones

12 PRESENTAR LA FUNCIONALIDAD Y LOS BENEFICIOS DEL SISTEMA DE MONITOREO AUTOMATIZADO DEL EMPAQUE (SMAE) DE LA RED NACIONAL DE GASODUCTOS DE PGPB.

13 Enlaces Campo

14 Actualmente el SCADA tiene integrado el Sistema de Monitoreo Automatizado del Empaque (SMAE) de la Red Nacional de Gasoductos de PGPB.

15 PUNTOS DE TELEMETRIA Alarmas ENTRADA SEGMENTO DE EMPAQUE SALIDA Presión, Temperatura Calidad de Gas Diámetros, longitudes y elevaciones SMAE Empaque en tiempo real Históricos: Diarios Horarios Gráficos PARAMETROS DE CONFIGURACION

16 El SMAE tiene las siguientes funciones: Configura segmentos de ductos. Calcula el empaque cada minuto por segmento de ducto. Genera y registra el cambio en el Empaque de Línea horario y diario. Consolida la información del Empaque de Línea en subtotales y totales. Genera los históricos diarios y horarios del empaque de línea.

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22 TSW/SAP

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26 El SMAE fue implantado en el sistema SCADA considerando las zonas operativas de PGPB y de acuerdo con las siguientes etapas: Primer Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Norte. Segunda Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Centro. Tercera Etapa: Implantación y Operación del Empaque de la Zona Sur.

27 En cada etapa se realizaron las siguientes actividades: 1. Integración del empaque de acuerdo con la telemetría (presión, temperatura y calidad de gas) disponible en los sectores. 2. Integración de tendencias para desplegar los valores instantáneos, hora anterior y del día anterior del empaque. 3. Integración del archivo en Excel para el cálculo manual del empaque. 4. Integración de límites de alarma. 5. Operación del SMAE

28 EMPAQUE ZONA NORTE EMPAQUE ZONA CENTRO EMPAQUE ZONA SUR CONFIG. SEGMENTOS IMPLANTACION CONFIG. SEGMENTOS IMPLANTACION CONFIG. SEGMENTOS IMPLANTACION EN OPERACIÓN ZONA NORTE, ZONA CENTRO Y ZONA SUR AGO DIC/ENE MAR/ABR JUL OCT/NOV DIC/ENE MAR/ABR A LA FECHA / /2005 NOV(2005)

29 Desde su operación, el SMAE ha generado los siguientes beneficios: 1. Flexibilidad Operativa: De acuerdo con los límites operativos establecidos (presiones de entrega, Máxima Presión de Operación Permisible, Compresión disponible). Los valores del empaque son usados de la siguiente forma: Variación Máxima del Empaque: El operador puede verificar la capacidad diaria programada (consumos de inyecciones y/o extracciones) y poder mover los consumos durante el día (ajustar programa) de acuerdo con los requisitos de la presión. Cuando el empaque rebasa los límites establecidos, una alarma es enviada al sistema TSW/SAP con todos los datos operativos que originaron la alarma, de esta forma, las diferentes áreas realizan los ajustes necesarios para que la alarma del empaque sea restablecido dentro de los límites normales.

30 Nominación: Verificar que las cantidades nominadas (energía y flujo transportado) no rebasan las niveles de empaque establecidos, de esta forma se confirman o rechazan las cantidades nominadas por los clientes. Balance del Sistema: Con la información del empaque en tiempo real se realizan los ajustes de los consumos (inyecciones /o extracciones) de acuerdo a las nominaciones aceptadas para realizar el programa del siguiente día.

31 2. Monitoreo en Tiempo Real. El seguimiento en tiempo real del Empaque, permite: Mantener el empaque dentro de los límites operativos. Establecer estrategias operativas. Generar tendencias del empaque Generar reportes instantáneos del empaque 3. Almacenamiento Histórico: El SMAE almacena los valores Diarios y Horarios del Empaque para de esta forma generar reportes. 4. Envío de los valores en tiempo real del empaque a los diferentes sistemas que integran las líneas de negocio de PGPB (TSW/SAP, SACADNet y Cockpit).

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