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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS “OPTIMIZACIÓN DEL MECANISMO DE CIERRE RÁPIDO DE UNA VÁLVULA DE CORTE SDV PARA BATERÍAS DE SEPARACIÓN EN EL SISTEMA PETROLERO NACIONAL” Tesis para obtener el grado de Maestro en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Mecánica presenta: Ing. Enrique Alonso Rivera González Directores: Dr. Luis Héctor Hernández Gómez Dr. Carlos Torres Torres México D.F. Junio 2014. INSTITlTTO POLITÉCNICO NACIONAL COORDINACIÓN GENERAL DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS En la ciudad de México, Distrito Federal, el día 26 del mes de Septiembre del año 2013 el que suscribe Ing. Enrique Alonso Rivera González, alumno del Programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica con número de registro 8021898, adscrito a la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, de la ESIME Unidad Zacatenco, manifiesta que es autor intelectual del presente Trabajo de Tesis, bajo la dirección del Dr. Luis Héctor Hemández Gómez y el Dr. Carlos Torres Torres, y cede los derechos del trabajo intitulado: "Optimización del Mecanismo de Cierre Rápido de una Válvula de Corte (SDV) para Baterías de Separación en el Sistema Petrolero Nacional", al Instituto Politécnico Nacional para su difusión, con fines académicos y de investigación. Los usuarios de la información no deben reproducir el contexto textual, gráficas o datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este-puede ser obtenido escribiendo a las siguientes direcciones: enrique.alonso.rivera@pemex.com; eriver9@hotmail.com Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo. /,.~_.....\ ---~-----· ~~~ Ing. Enrique Alonso Rivera González Nombre y firma RESUMEN El transporte de aceite y gas desde los pozos, hacia los puntos de venta de Petróleos Mexicanos (PEMEX), viaja a través de diferentes instalaciones tales como baterías de separación, estaciones de bombeo, centros de proceso, estaciones de compresión, entre otras. En todos estos casos, existen sistemas instrumentados de seguridad, los cuales protegen la instalación y/o el ducto. Básicamente se utilizan válvulas de bola para este propósito. Las cuales funcionan con un actuador, que puede ser del tipo neumático, hidráulico, eléctrico, mecánico o combinación de estos. Se controla por medio de unos sensores. Cuando la presión sale de los rangos de operación, cierran o abren la válvula, de acuerdo con el protocolo de seguridad. Como resultado el hidrocarburo se aísla. De esta manera se mitigan los accidentes. Por lo tanto las válvulas son uno de los componentes principales del sistema de paro por emergencia. El conjunto válvula-actuador se le denomina SDV (Shut Down Valve), en el cual la válvula se encuentra abierta siempre, cerrando solo en caso de emergencia. La alternativa en caso contrario se llama BDV (Blow Down Valve). Normalmente está cerrada y abre en situaciones de emergencia. El actuador seleccionado para este estudio es el de una SDV del tipo yugo escocés, el cual convierte la fuerza lineal del pistón del cilindro neumático, en una fuerza que cierra la válvula. Una vez que se determinaron los parámetros de operación, el yugo escocés se rediseñó. El brazo de palanca se modificó, de tal manera que el torque de salida se incremente. El análisis estructural se determinó con el programa ANSYS. El yugo se modificó con la finalidad de obtener el mayor torque del actuador, con menor presión neumática del cilindro. Como resultado la vida del actuador se incrementa, el mantenimiento de las empaquetaduras disminuye así como el tiempo de cierre se redujo. Se toma cuidado en cumplir con las recomendaciones de la normativa aplicable de la industria petrolera mexicana. Se analizaron diversas geometrías del yugo escocés. La estructura seleccionada con las pinzas orientadas a 30° con respecto a su eje de simetría. En este caso, el torque se incrementa 37% y los esfuerzos de carga máxima son menores a los observados en el diseño original. Esta solución se puede aplicar en instalaciones similares de PEMEX. En una etapa final, se utilizaron los nuevos parámetros en el diseño de un sistema de control que funciona con nitrógeno. El cual se instaló en una válvula de 16” en la plataforma marina (Marsopa) en el Golfo de México. Se calibró para detectar condiciones de alta y baja presión. En caso de fuego se cierra el suministro de gas. Este sistema es autónomo. ABSTRACT The transport of oil and gas from the wells to the sale points of Petróleos Mexicanos (PEMEX), goes through different facilities, such as batteries of separation, pumping and compression stations and process plants, among others. In all these cases, there are instrumented systems of security, which protects the industrial facilities and the piping system. Basically, ball valves are used for this purpose. They are operated with an actuator, which can be pneumatic, hydraulic, electrical, mechanical or a combination of some of them. They are controlled by sensors. When the level pressure is out of the range of operation, the valves are opened or closed, in accordance with the protocol of security. The hydrocarbon, which is transported, is isolated. In this way, accidents are mitigate. Therefore, the valves are one of the main components of the shut down system. The set valve-actuator is denominated Shut Down Valve (SDV). The valve is normally opened and is closed in an emergency situation. The alternative arrangement is denominated Blow Down Valve (BDV). It is normally closed and is opened in an emergency situation. In the case of this work, the performance of the actuator of a SDV is analyzed. Its main mechanism is a Scottish yoke. It transforms the linear force of the piston of the pneumatic cylinder, into a moment, which closes the attached valve. Once the operation parameters of the actuator were determined, the Scottish yoke was redesigned. The arm lever was modified, in such way that the output moment was incremented. Its structural integrity was determined with ANSYS code. The yoke was modified in order to obtain the biggest moment of the actuator with the lowest pneumatic pressure of its cylinder. As a result, the life of the actuator was incremented, the maintenance of the gaskets was diminished and the closing time was reduced. Care was take in order to fulfill the recommendations of the applicable regulations of the Mexican oil industry. Diverse geometries of the Scottish yoke were analyzed. In the selected arrangement, the nails were oriented at 30° with respect to its axis of symmetry. In this case, the opening torque was incremented 37% and the stress peaks were lower than those observed in the original design. This solution can be applied in similar facilities of PEMEX. In a final step, the new parameters were used in the design of a control system, which operates with nitrogen. It was installed with a 16” valve in a marine platform (Marsopa) in the Gulf of Mexico. It was calibrated to detect low and high pressure conditions. In case of fire, it close the supply of gas. This system is autonomous. DEDICATORIA A Dios, por elegir para mí este destino, dándome la fortaleza y voluntad para seguir adelante todos los días de mi vida. A mis padres, Pablo Rivera Tremari (♰) y Columba González Aguilera, que me dieron la vida y me enseñaron a ser una persona de bien, con valores y principios, a conducirme con rectitud, así como apoyarme siempre en todos mis proyectos. Sin su apoyo no hubiera llegado hasta aquí, a ustedes les dedico este logro y les doy las gracias por ser unos padres ejemplares, a ti papá a dondequiera que te encuentres, te sigo extrañando. A mis hijos, Enrique y Hannia Valeria y a mi esposa Arlette, por su cariño y apoyo, que sea una muestra del esfuerzo de cuando te propones un objetivo, aunque esté muy alto, si te lo propones alcanzar con perseverancia, dedicación y coraje, se puede obtener todo lo que quieres. A mis hermanos Pablo (♰), Neyra, Javier, algún día les platiqué con obtener este triunfo, les agradezco los ánimos y creer en mí. De ustedes aprendí a ser lo que soy, los quiero mucho. A mi gran amigo Jose Manuel Milo Mora, por su incondicional apoyo. A mi tío Braulio González Aguilera, y amigos que de alguna u otra manera colaboraron para poder realizar este proyecto, aunque sus nombres no estén escritos aquí, pero sí en mi memoria. A todos ellos les digo gracias. AGRADECIMIENTOS Al Instituto Politécnico Nacional y la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación (SEPI) de la ESIME-ZAC. Por darme la oportunidad de poder superarme profesionalmente. Al Dr. Luis Héctor Hernández Gómez, le agradezco infinitamente por todo su tiempo, experiencia, apoyo y consejos dedicados para la realización de esta tesis. A mis profesores de la maestría, por toda la enseñanza recibida, en especial a la memoria del M. en C. Ricardo López Martínez (♰), por su gran amistad y apoyo. A mis compañeros de la maestría por conformar un grupo de amistad y compañerismo. A mis compañeros del Grupo Multidisciplinario de Mantenimiento, Equipo Dinámico y Sistemas Auxiliares del Activo de Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte, de Petróleos Mexicanos, en especial al Ing. Rafael Rangel Rivas, por el apoyo y facilidades otorgadas para la realización de este trabajo. A Petróleos Mexicanos que ha sido la empresa a la cual le debo mi experiencia en este campo de la Ingeniería Mecánica. Gracias. "Los científicos estudian el mundo tal como es, los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido". Theodore von Kárman. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional I ÍNDICE Índice…………….………………………………………………………………………….…..I Índice de tablas…………………………………………………………………..……………..V Índice de figuras……...……………………………..…………………………………...........VI Simbología…..………………………………………………………………………………....X Glosario…...…………………………………………………………………………………...XI Introducción……..………………………………………………………………………….......1 Objetivo…..……………………………………………………………………………………..7 Justificación…….………………………………………………………………………...…….8 Metodología....….……………………………………………………………………..………..9 Capítulo 1. Generalidades sobre actuadores instalados en válvulas de corte rápido SDV.......10 1.1 El petróleo…….……....…………………………………………………………………...11 1.1.1 Origen del Petróleo……..……..…………………...……………………….………...11 1.1.2 Regiones Petroleras de México.......………………...………………………………...12 1.2 Transporte de hidrocarburos..........……..…………………………………………………15 1.2.1 Oleogasoducto.………………………………………………………………………..15 1.3 Separación de hidrocarburos……..………………………………………………..………17 1.3.1 Baterías de separación…………….……….………………………………………….17 1.3.2 Tipos de separadores……..…………………………………………………………...18 1.3.2.1 Separador tipo ciclón……..…..…..………………………………………………...18 1.3.2.2 Separadores bifásicos-trifásicos…...….…..………………………………………...19 1.4 Protección de oleogasoductos e instalaciones…………………………………………….22 1.4.1 Sistema de paro por emergencia (SPPE)....………..…..………………....…………..22 1.4.2 Sistema SCADA…………………......……………………………………………….24 1.4.3 Válvula de corte rápido (SDV)……......…………………….………………………..25 1.4.4 Actuadores de la válvula de corte rápido SDV…...…………………………………..25 1.4.5 Fuente de suministro neumático………....…………………………..…………….…33 1.4.6 Material de construcción de los actuadores de las válvulas de corte rápido………....34 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional II 1.4.7 Material de construcción del yugo escocés……….…………….…………………....35 1.4.8 Aplicaciones del hierro dúctil………..…..…………..……..……..………………….36 1.5 Tipo de junta para la válvula de corte rápido (SDV)….……....……….…..……………..37 1.5.1 Mecanismo tipo piñón-cremallera…....……..…..……………………………………37 1.5.2 Mecanismo tipo paleta rotatoria……...………………………………………………37 1.5.3 Mecanismo tipo yugo escocés…..….…………………………..…………………….38 1.6 Planteamiento del problema……..….….……………………………………………....….39 1.7 Referencias…….…..………………………………………………………………………41 Capítulo 2. Marco Teórico………………..…………………………………………………...42 2.1 Teorías de falla….…………………………………………………………………………43 2.1.1 Materiales dúctiles……………………….…………………………………………...43 2.1.1.1 Teoría del esfuerzo cortante máximo…….….……………………………………...44 2.1.1.2 Teoría de la energía máxima de distorsión (Criterio de Von Mises)…….....……...44 2.1.2 Materiales frágiles………………………………………………………….………....45 2.2 Historia del Método del Elemento Finito….........………….…...…………..…………….46 2.2.1 Método de Hrennikoff para el análisis del elemento finito ………......…………..…46 2.2.2 Método de Courant para el análisis del elemento finito…………………………..….46 2.2.3 Método de Galerkin para el análisis del elemento finito…….………….……………46 2.3 Análisis por elementos finitos mediante un programa de cómputo……..………………...49 2.3.1 Procedimiento general del análisis por elementos finitos aplicando un programa..….49 2.3.2 Conceptos para el modelado por el método del elemento finito……….….……….…50 2.3.2.1 Elementos planos 2D.................................................................................................51 2.3.2.2 Elementos cinemáticos 2D…..……………….…………..………………………....51 2.3.2.3 Elementos “Armadura”…….……….….…...….………………………….………..52 2.3.2.4 Elementos “Viga”…….……….……………………………………………………53 2.3.2.5 Elementos Axisimétricos…….……………..………………………………………53 2.3.2.6 Sólidos elásticos tridimensionales o elementos Brick………….....…..…….……...54 2.3.3 Selección del tipo de Elementos.……………………………………………………..56 2.4 Programa ANSYS®……………………………………………………………...………..56 2.5 Consideraciones en el análisis del yugo escocés con el programa ANSYS®……………58 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional III 2.5 Referencias………...………………………………………………………………………59 Capítulo 3 Análisis del yugo escocés…....…………………………………………………….60 3.1 Modificación del mecanismo de cierre rápido de una válvula de bola SDV de 12” Ø...…61 3.1.1 Problemática de las válvulas de corte rápido (SDV) de la red de gasoductos urbanos en la ciudad de Poza Rica, Veracruz..…………………………...………………………....61 3.1.2 Válvula SDV y gasoducto a analizar….……………………………………………...62 3.1.3 Dimensiones del cilindro neumático…..….………………………………….……….65 3.1.4 Cálculo del cilindro neumático de simple efecto en el avance…..………….……….66 3.2 Modificaciones propuestas del yugo escocés……………………………………………..69 Capítulo 4 Evaluación de resultados...……..………………………………………………….74 4.1 Simulación numérica y análisis de resultados…………………………………………….75 4.1.1 Desarrollo del modelo…………………………………………………………………...75 4.1.2 Tipo de elemento y propiedades del material…………………………………………...75 4.1.3 Condiciones de frontera y aplicación de las cargas……………………………………..76 4.1.4 Convergencia……………………………………………………………………………76 4.1.5 Aplicaciones de las cargas a los modelos estudiados…………………………………...78 4.1.6 Resultados de los modelos estudiados…………………………………………………..79 4.2.Discusión de los resultados obtenidos………..………………………………….………..85 Conclusiones…………………………………………………………………………………..88 Recomendaciones para trabajos futuros………………….……………………………………92Anexo A.………..………………………………………………………………………...…...95 A.1 Posible aplicación de mejora al mecanismo de las válvulas SDV, en el enlace con instalaciones costa afuera.……..…………………………………..……………………….96 A.2 Aplicación de mejora al mecanismo de las válvulas SDV, en instalaciones costa afuera ………………………………………………………………………………………………91 A.3 Importancia de la utilización de la válvula de corte rápido……..……………………100 A.4 Área de oportunidades en el Activo de Producción Poza Rica- Altamira, Región Norte ……………………………………………………………………………………………...104 Anexo B....………..………………………………………………………………………….105 B.1 Diseño del tablero de control de una válvula de corte rápido SDV………..…..……106 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional IV B2. Filosofía de operación de una válvula de corte rápido SDV, de acción simple con CIretorno por resorte, en forma automática y manual……………………………………….108 Anexo C....………..……………………………………………………………………….....112 C1. Técnica de fotoelasticidad……….……………………………………………………113 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional V ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1-1 Variedades de crudo para exportación que produce Pemex………….……………12 Tabla 1-2 Tipos de actuador de las válvulas de corte rápido que se utilizan en instalaciones costa fuera……………………………………………………………………………………..26 Tabla 1-3 Tipos de actuador de las válvulas de corte rápido que se utilizan en instalaciones terrestres……………………………………………………………………………………….27 Tabla 1-4 Propiedades mecánicas de diferentes grados de hierro dúctil…..………………….36 Tabla 4-1 Cargas aplicadas a los modelos analizados………………………………………...78 Tabla R-1 Tiempos de apertura y cierre de los actuadores hidráulicos………………………93 Tabla A-7 Censo, costo estimado en su refaccionamiento de las válvulas SDV del Activo de Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte……….……….………………………..…...104 Tabla B-1 Ficha técnica de la SDV para la cual se construyó el tablero de control neumático…………………………………………………………………………………….106 Tabla B-2 Costo de materiales para fabricar el tablero de control de una SDV………….….107 Tabla C-1 Características de franjas isocromáticas………………………………………….115 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional VI ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1 Región Norte y sus activos (zona petrolera)……..………………………………12 Figura 1-2 Región Sur y sus activos (zona petrolera)…....……………………………………13 Figura 1-3 Región Marina Noreste y sus activos (zona petrolera)…………..…..…………....14 Figura 1-4 Región Marina Suroeste y sus activos (zona petrolera)…………..…..…………...14 Figura 1-5 Construcción del primer oleogasoducto en México…..…………..……………….15 Figura 1-6 Red de oleogasoductos de la Región Marina Noreste…..……………..………….16 Figura 1-7 Llegada del oleogasoducto de 20”Ø marino de enlace de la Plataforma Marsopa a la batería de separación Punta de Piedra………………………………………………………16 Figura 1-8 Esquema típico de una batería de separación…….……………………………….18 Figura 1-9 Separador ciclónico vertical y sus elementos internos…...……………………….19 Figura 1-10 Separador horizontal con sus instrumentos de medición…..…………………….21 Figura 1-11 Esquema de un separador trifásico…..…………………………………………...21 Figura 1-12 Separador vertical bifásico…..............…………………………………………...22 Figura 1-13 Esquema de un separador horizontal bifásico..….……..………………………..22 Figura 1-14 Sistema digital de monitoreo y control del sistema de paro por emergencia del centro de proceso Nohoch-Alfa, Activo Cantarell, Región Marina Noreste…………………23 Figura 1-15 Centro de monitoreo y control SCADA………………………………………….24 Figura 1-16 Esquema de una válvula de bola mostrando sus componentes internos…..…….25 Figura 1-17 Actuador eléctrico de doble motor para válvulas de corte……………………….28 Figura 1-18 Actuador hidráulico tipo paletas con bomba hidráulica manual…….…………..29 Figura 1-19 Actuador electrohidráulico tipo paletas con bomba hidráulica manual………….30 Figura 1-20 Actuador neumático de doble acción sin bomba hidráulica…..…………………31 Figura 1-21 Actuador neumático de yugo escocés de acción simple con retorno por resorte..31 Figura 1-22 Válvula SDV con actuador hidroneumático de doble acción con pistón hidráulico, SDV de 24” Ø llegada de la plataforma Lankahuasa-A en la EPMG EL Raudal……………32 Figura 1-23 Válvula de corte rápido SDV de 24” con actuador hidroneumático de tipo paletas, ubicada en el C.P. Akal-Golfo, Activo Cantarell, Región Marina Noreste…………….……..33 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional VII Figura 1-24 Esquema de las partes de un actuador de acción simple con retorno por resorte y sus materiales de fabricación………………………………………………………………….35 Figura 1-25 Esquema de una junta canteada y simétrica de un yugo escocés………………...38 Figura 2-1 Figura (a) dominio xa ≤ x ≤ xb discretizado en M elementos, figura (b) cuatro primeras funciones de prueba……….…………………………………………………….......48 Figura 2-2 Ejemplos de elementos: triángulo (3 nodos) cuadrilátero (4 nodos)……………....51 Figura 2-3 Elementos Truss (Armadura)….…………………………………..………………52 Figura 2-4 Elementos Beam Tridimensional (Viga)…………………………………………..53 Figura 2-5 Elementos Axisimétricos…………………………………………………………54 Figura 2-6 Elementos Brick Sólidos………………………………………………………….55 Figura 2-7 Elementos tetraedros y hexaedros ……………………….…………...…………..55 Figura 3-1 Red de gasoductos urbanos de baja presión del Activo de Producción Poza Rica Altamira, Región Norte…………………………………………….………………………….61 Figura 3-2 Válvula SDV de 12”Ø instalada en el gasoducto de baja presión de la Batería de Separación Poza Rica III, Activo de Producción Poza Rica Altamira Región Norte……......62 Figura 3-3 Esquema de una válvula de bola Marca P.V.B. mostrando sus internos…….……63 Figura 3-4 Gráficos de torque máximo del vástago y presión-temperatura de la válvula de 12”Ø clase 300 marca P.V.B………………………………………………………………….63 Figura 3-5 Ficha técnica del gasoducto en el tramo que va de la B.S. Poza Rica III a la B.S. Poza Rica XI, Activo de Producción Poza Rica Altamira, Región Norte…………………….64 Figura 3-6 Ficha técnica del actuador marca Bettis instalado en la B.S. Poza Rica III, Activo de Producción Poza Rica Altamira, Región Norte……………………………………………64 Figura 3-7 Dimensiones del cilindro neumático del actuador marca Bettis modelo Robotarm II Serie G3020-SR1CW-M11……………………………………………………………………65 Figura 3-8 Esquema del torque de salida y torque a 45° de un yugo escocés de un actuador...68 Figura 3-9 Dibujo en Autocad 2010® de un yugo escocés de un actuador marca Morín de 1”Ø con acotaciones en cm. y con escala 2:1………...…………………………….………………69 Figura 3-10A Alternativa A……………………………………………….……………….….69 Figura 3-10B Alternativa B……………………………………………….……………….….69 Figura 3-11 Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés original……………….….70 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional VIII Figura 3-12A Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés modificado a 15°…..…..71 Figura 3-12B Modelo geométrico en Solidworks del yugo escocés modificado a 30°…..…..71 Figura 3-13 Representación geométrica del torque del yugo escocés………………………..73 Figura 4-1 Componentes del yugo escocés……………………………………………………75 Figura 4.2 Aplicaciones de la carga…………………………………………………………...76 Figura 4.3 Prueba de convergencia……………………………………………………………77 Figura 4-4 Discretización del modelo………………………………………………………...77 Figura4-5A Mejora del discretizado en las partes de interés (Pinzas – Saliente)……..….….78 Figura 4-5B Mejora del discretizado en las partes de interés (Cuña)……………..………….78 Figura 4-6 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo original (Pinzas – Saliente)…..79 Figura 4-7 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo original (Cuña)……………....80 Figura 4-8 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 15° (Pinzas – Saliente) ...…………………………………………………………………………………….81 Figura 4-9 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 15° (Cuña)…….82 Figura 4-10 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° (Pinzas – Saliente)……………………………………………………………………………………….83 Figura 4-11 Esfuerzos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° (Cuña)…...84 Figura 4-12 Esfuerzos críticos máximos de Von-Mises para el modelo modificado a 30° (Cuña)…………………………………………………………………………………………85 Figura 4-13 Gráfica del yugo escocés original…………………….........................................86 Figura 4-14 Gráfica del yugo escocés modificado a 15°……………….................................86 Figura 4-15 Gráfica del yugo escocés modificado a 30°……………….................................86 Figura C-1 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 20N.….90 Figura C-2 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 30N.….90 Figura C-3 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 40N.….91 Figura C-4 Imagen del análisis experimental por fotoelasticidad con una fuerza de 50N.….91 Figura A-1 Válvula de corte rápido instalada en la batería de separación Punta de Piedra, Activo de Producción Poza Rica-Altamira Región Norte…..…………..……………………96 Figura A-2 Ubicación geográfica del enlace de la plataforma marina Marsopa, con la batería de separación Punta de Piedra, Activo de Producción Poza Rica-Altamira ……….…………97 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional IX Figura A-3. Ubicación geográfica de la plataforma marina Lankahuasa-A, y la estación de proceso y manejo de gas El Raudal, Activo de Producción Poza Rica-Altamira,……..97 Figura A-4A Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………98 Figura A-4B Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 Figura A-4B Imagen de la válvula de compuerta de 8” instalada en el ducto de salida de la Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 Figura A-4C Imagen de la válvula de compuerta de 4” instalada en el ducto de salida de la Plataforma Bagre-B………………………………………………...…..…………..…………99 Figura A-5 Cotización de un actuador de acción simple, con retorno por resorte de 8” marca Bettis…..……………………………………………………………………….…..….……..100 Figura A-6 Incendio de la Plataforma Piper Alpha, Mar del norte, 6 de julio de 1988.……101 Figura A-7 Imágenes de la explosión e incendio del gasoducto de 30” Nuevo Teapa-Venta de Carpio, 19 de diciembre del 2010.…………………………………………………………...102 Figura A-8 Imágenes de la explosión e incendio del gasoducto de 24” Cactus-Guadalajara 16 de diciembre del 2013………………………………………………………………………..103 Figura B-1 Tablero de control construido para la SDV de 16” de la plataforma Marsopa en el oleoducto de llegada de la Plataforma Carpa-B, Activo de Producción Poza Rica- Altamira……………………………………………………………………………………...106 Figura B-2 Instructivo de operación para pasar de modo automático a manual, una válvula SDV de acción simple con retorno por resorte, mediante un control neumático……...…….109 Figura B-3 Instructivo de operación para pasar de modo manual a automático, una válvula SDV de acción simple con retorno por resorte, mediante un control neumático……...…….110 Figura B-4 Imagen de un tablero de control construido por el autor de este trabajo de tesis, para una SDV de doble acción…………..……………………………………………..…….111 Figura AC-1 Polariscopio circular…………………………………………………...............114 Figura AC-2 Componentes del Polariscopio circular……..………………………................114 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional X SIMBOLOGÍA °F - Grados Fahrenheit de temperatura Ø - Diámetro π - Constante, es la relación entre la longitud de una circunferencia y su diámetro A – Área c.a. - Corriente alterna c.d. - Corriente directa Fn - Fuerza real o efectiva del émbolo FF - Fuerza del resorte en el retorno FR - Fuerza de rozamiento (10% de la fuerza teórica) Fteórica - Fuerza teórica del émbolo h - Altura NRF – Norma de referencia psi - Libra por pulgada cuadrada r - Radio de un círculo R.C. - Relación de compresión S - Superficie del émbolo V - Volumen http://es.wikipedia.org/wiki/Circunferencia http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%A1metro Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional XI GLOSARIO Abre a falla.- Condición en donde el actuador mueve la válvula a la posición abierta cuando el suministro del fluido de potencia o la energía motriz falla. Actuador.-Dispositivo adjunto a una válvula industrial de propósito general, para proporcionar la operación de apertura o cierre de una válvula. El dispositivo está diseñado, para operar con un fluido de potencia o energía motriz, el cual puede ser eléctrico, hidráulico, neumático, manual, o una combinación de estas. El movimiento está limitado por la carrera, par (torque). Actuador de doble acción.-Actuador en el cual la fuerza es suministrada en cualquier dirección, para abrir o cerrar. Actuador eléctrico.-Actuador que convierte energía eléctrica en movimiento. Actuador electrohidráulico.- Actuador que convierte energía eléctrica a presión hidráulica y ésta a su vez en movimiento. Actuador hidráulico.- Actuador en el cual se convierte la energía del fluido no compresible, en movimiento. Actuador neumático.-Actuador que convierte la energía de un fluido compresible (aire seco- gas amargo, gas dulce, nitrógeno), en movimiento. Actuador de paletas.-Actuador en el cual un fluido actúa sobre un elemento pivotado, la paleta, para proporcionar un movimiento rotatorio. Actuador de pistón.-Actuador en donde un fluido actúa sobre un pistón móvil para proporcionar movimiento al vástago del actuador. Actuador de simple acción.-Actuador en el cual la fuerza suministrada actúa en una sola dirección, ejemplo, un actuador de diafragma-resorte o un actuador de pistón retorno por resorte. Aguas abajo.- Concepto que se refiere a la dirección del flujo a partir de un punto como una válvula e indica la trayectoria del flujo. Aguas arriba.- Concepto que se refiere a la dirección de contraflujo a partir de un punto como una válvula. BDV.- Válvula de desfogue rápido (Blow Down Valve). Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional XII Banda muerta.- Es el máximo campo de variación de la variable en el proceso real, para lo cual, el instrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control. Carrera.-Movimiento del actuador de la válvula desde la posición cerrada hasta una posición intermedia o a la posición totalmente abierta (o viceversa). CW.- Acción o giro que realiza un actuador en el sentido de las manecillas del reloj. (Clockwise). CCW- Acción o giro que realiza un actuador en el sentido contrario de las manecillas del reloj. (Counter clockwise). Cierre a falla.- Condición en donde el actuador mueve la válvula a la posición cerradacuando el suministro del fluido de potencia o la energía motriz falla. Conmutar.- Cambiar el flujo de la presión mediante un instrumento. ESD.- Estación de paro de emergencia. Hart.- Protocolo de uso común en los sistemas de control, que se emplea para la configuración remota y supervisión de datos, con instrumentos de campo. Manifold.-Sistema de tuberías que cuenta con múltiples puertos para conexiones, canalizando el flujo hacia cierta dirección. NPT.- (National Pipe Thread,) Rosca nacional de tubos o rosca estadounidense cónica para tubos, que se aplica para la estandarización del roscado de los elementos de conexión, empleados en los sistemas e instalaciones hidráulicas. NPTF.- (National Pipe Taper Fuel) Rosca estadounidense cónica para tubos de sellado en seco, que hace innecesario el uso de teflón o material de sellado. (Norma ANSI B1.20.3). PAF.-Pruebas de Aceptación en Fábrica (FAT. factory acceptance test). Par galvánico.- Proceso en el que un metal se corroe cuando está en contacto con un tipo diferente de metal y se encuentran en un medio húmedo. PAS.-Prueba de Aceptación en Sitio (OSAT. on site acceptance test). Protocolo de comunicación.-Conjunto formal de reglas convencionales que rigen el formato y la sincronización relativa al intercambio de mensajes entre dos o más dispositivos en una red de comunicaciones. PSL.- Sensor de baja presión. (Pressure sensor low). PSH.- Sensor de alta presión. (Pressure sensor high). http://es.wikipedia.org/wiki/Roscado http://es.wikipedia.org/wiki/ANSI Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional XIII Rango.- Conjunto de valores comprendidos entre los límites superior e inferior de medida, en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Redundancia.-Término que significa que a falla de algún elemento, otro de semejantes características continúa operando al instante sin detener el proceso. SDV.- Válvula de corte rápido (Shut Down Valve). Sensor.- Elemento primario de medición. SIS.-Sistema instrumentado de seguridad compuesto por sensores, procesadores lógicos y elementos finales de control, que tiene el propósito de llevar a un estado seguro, cuando se han violado condiciones predeterminadas. Span.- Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. SPPE.- Sistema de paro por emergencia. Tapón fusible.- Tapón de acero inoxidable rosca NPT desde ⅛” hasta ½”, el cual tiene un orificio. Contiene una aleación que al contacto con el fuego se funde y libera la presión de aire o gas entrampado, se funde desde 70° C hasta 180°C. TMR.- Triple redundancia modular, se emplea en los sistemas de seguridad, para garantizar la continuidad en la detección y supresión, emplea un sistema de votación 3-2-0, indicando que se actuará en caso de tener 3 ó 2 salidas iguales, en caso de ser diferentes los resultados, no se ejecuta la salida. Torque.-Capacidad para producir un giro o rotación alrededor de un punto, ocasionado por una fuerza externa, aplicada a un brazo de palanca. Torque de apertura.-Torque requerido para rotar la válvula a la posición de apertura. Torque de cierre.-Torque requerido para rotar la válvula desde la posición de apertura, a la posición de totalmente cerrado. Transmisor.-Se conoce como transmisor en el campo de la instrumentación y control, al conjunto acondicionador de señal, en casos integrado al sensor y en otros como un dispositivo independiente, conectado al sensor mediante conductores eléctricos. Pueden ser de presión, temperatura, flujo. Última posición a falla.- Es una condición, en donde el elemento que cierra la válvula, permanece en la última posición cuando el fluido de potencia o la energía motriz falla. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 1 INTRODUCCION. Petróleos Mexicanos (PEMEX), se especializa en la extracción, producción, transporte, refinación y exportación de hidrocarburos. Cuenta con la infraestructura para transportar hidrocarburos y personal calificado para mantener en condiciones la red de oleogasoductos. El transporte de hidrocarburos por todo el territorio nacional, proveniente de los yacimientos de petróleo, hasta su llegada a las baterías de separación o estaciones de recolección, bombeo y puntos de venta, requiere de un control y monitoreo constante por medio de mecanismos y componentes para asegurar la integridad del oleoducto, evitar daños personales, al ambiente e instalaciones y por consecuencia, la producción diferida de hidrocarburos. Uno de los sistemas instrumentados de seguridad (SIS), en la red de oleogasoductos de Petróleos Mexicanos, el cual bloquea o desfoga el flujo, es la válvula de corte rápido (SDV) o (BDV). Para este efecto, un actuador instalado sobre una válvula de bola, convierte una fuerza lineal en rotatoria, transmitiéndola al vástago por medio de un acoplamiento llamado yugo escocés. En estos ciclos de cierre-apertura, es de vital importancia el tiempo en el cual se realizan, ya que tiene que bloquear o desfogar con rapidez, asegurando la continuidad del proceso y las instalaciones. Para el desarrollo de este estudio, se utilizaron los parámetros de operación de las válvulas de corte rápido SDV, de las baterías de separación y plataformas marinas del Activo de Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte. Se analizaron los tiempos de cierre-apertura de las válvulas, observando la problemática existente, proponiendo una mejora al mecanismo de cierre rápido, con la finalidad de aumentar la seguridad en estas instalaciones. El desarrollo del presente trabajo de tesis se divide en cuatro capítulos: Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 2 Capítulo 1.- Se muestra de manera general, los orígenes del petróleo, los inicios de la industria petrolera en México, los medios más comunes de transporte de hidrocarburos, el proceso de separación del aceite-gas-agua en las baterías de separación, los aspectos generales de los actuadores instalados sobre válvulas de corte rápido (SDV). A partir de esta información se hace el planteamiento del problema a desarrollar y la metodología a seguir, en el trabajo de tesis. Capítulo 2.- Se analizan las teorías de falla aplicables al caso, se describen los fundamentos del método del elemento finito aplicado a esfuerzos, así como también se describe el programa (ANSYS®) aplicado a esfuerzos. Capítulo 3.- Se rediseña, modifica y analiza la geometría del yugo escocés, por medio del programa de análisis por el método del elemento finito (ANSYS®). Se modela la pieza, evaluando su deformación, al simular esfuerzos y cargas. Capítulo 4.- De acuerdo a cálculos del capítulo 3, se realizan pruebas experimentales y se analizan los resultados obtenidos, los cuales son satisfactorios y se pueden aplicar para resolver la problemática. Conclusiones.- Estas se obtuvieron, de los análisis de las pruebas experimentales, en los cuales se recomienda considerar modificar las normas NRF-030-PEMEX-2009 (diseño, construcción, inspección y mantenimiento de ductos terrestres para transporte y recolección de hidrocarburos), NRF-152-PEMEX-2013 (actuadores para válvulas), con la finalidad de mejora a los sistemas. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 3 Uno de los campos de acción y líneas de investigación que se llevan a cabo en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Eléctrica en Zacatenco, es la aplicación del métododel elemento finito en el análisis, diseño y evaluación de estructuras sometidas a cargas o simulando esfuerzos, para determinar la integridad estructural. A este respecto, algunas tesis de maestría que se han realizado para la industria nuclear y petrolera son las siguientes: Martínez [I.1] presenta la aplicación de los diagramas de evaluación de falla en la determinación de la integridad de estructuras vinculadas a la industria nucleoeléctrica y suministro de gas. Vázquez [I.2] aplica la mecánica de fractura para evaluar la integridad estructural en gasoductos, utiliza el método del elemento finito mediante el programa (ANSYS®). Martínez [I.3] establece una metodología, con base en la mecánica de la fractura y el uso del método del elemento finito, calculando el factor geométrico adimensional definido en la integral J plástica, correspondiente a tuberías con grietas no pasantes, sometidas a cargas de tensión y flexión combinadas. Balanzá [I.4] propone calcular la sección recta del balancín elevador de una unidad de bombeo mecánico usando la teoría básica de la flexión de vigas y la teoría de falla de Von Mises. Méndez [I.5] desarrolló una metodología con base en la mecánica de la fractura, aplicando el método del elemento finito mediante el programa (ANSYS®), para determinar el comportamiento de la coraza del núcleo de un reactor BWR, cuando se postula que está agrietado circunferencialmente. Mora [I.6] realiza un estudio de integridad estructural, determinando el tamaño de la grieta permisible en la estructura de concreto reforzado, de la contención primaria tipo Mark II de un reactor nuclear de agua en ebullición. Lara [I.7] realizó estudios de integridad mecánica al gasoducto de 24”Ø x 39.040 km. San Andrés-Poza Rica. Cárdenas [I.8] realizó el análisis comparativo de evaluación de defectos en ductos. Reynoso [I.9] realizó un análisis de esfuerzos a un oleogasoducto marino de 20”Ø, evaluando la integridad estructural bajo las condiciones climatológicas imperantes en la zona marina empleando el programa de tuberías CAESAR II, determinando los esfuerzos y desplazamientos a los que se somete el oleogasoducto. Corona [I.10] realizó un diseño de cabezal de distribución para un generador de vapor en el fondo de un pozo petrolero maduro. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 4 Espinosa [I.11] realizó un diseño de prototipo de laboratorio de un cabezal de distribución, para la extracción de crudo en un yacimiento petrolero maduro. Esta tesis, se agrupa en esta línea de investigación encontrándose en el caso de tener un mecanismo de cierre rápido confiable, para la operación segura de oleogasoductos o instalaciones estratégicas de bombeo de crudo, compresión de gas o plataformas marinas. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 5 Referencias I.1 Martínez Trinidad José (2000) “Análisis Elastoplástico de Estructuras Agrietadas. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.2 Vázquez Montes de Oca Gabriel G. (2000) “Análisis Numérico Tridimensional de Grietas Circunferenciales en Ductos. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.3 Martínez Estrella Arturo Amadeo (2002) “Análisis Elastoplástico de Grietas Circunferenciales No Pasantes en Ductos Bajo Carga Axial y Momento Flexionante Combinadas. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.4 Balanzá Chavarría Julio Cesar de Jesús (2004) “Diseño del Balancín Elevador de una Unidad de Bombeo Mecánico Petrolera Mark II para Sustituir su Importación. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.5 Méndez Méndez Juan Vicente (2005) “Determinación de Tamaño Admisible de Grieta en Cilindros de Pared muy Delgada y su Aplicación a Reactores Nucleares. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.6 Mora Santos Carlos Alberto (2006) “Análisis de Fractura en la Contención Primaria Tipo Mark II de un Reactor de Agua en Ebullición para Generación de Energía Eléctrica. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.7 Lara Segura Javier (2007) “Revisión y Estudios de Integridad Mecánica al Gasoducto de 24”Ø (610mm) x 39.040 km. San Andrés-Poza Rica. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.8 Cárdenas Ruiz Mario Antonio (2007) “Análisis Comparativo de Evaluación de Defectos en Ductos Entre Estudios Realizados con Equipos Instrumentados Inteligentes de Segunda y Tercera Generación. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.9 Reynoso Martínez Luis Omar (2012) “Análisis de Esfuerzos en Oleogasoducto de 20”Ø x 7.0 km, que sale de la Plataforma Kambesah hacia la Plataforma Kutz-Ta, en el Golfo de México. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 6 I.10 Corona Mejía Angel Salvador (2014) “Diseño de Cabezal de Distribución para Generador de Vapor en el fondo de un Pozo Petrolero Maduro. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. I.11 Espinoza Zavala Rafael (2014) “Diseño de un Prototipo de Laboratorio de Cabezal de Distribución para la Extracción de Crudo en Yacimiento Petrolero Maduro. Tesis de Maestría. SEPI-ESIME-IPN. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 7 OBJETIVO. Este trabajo de investigación, responde a las necesidades existentes en los oleoductos, sistemas instrumentados de seguridad y paro de emergencia, pertenecientes a instalaciones estratégicas de Petróleos Mexicanos. Se busca optimizar, rediseñando el mecanismo de cierre (yugo escocés) de un actuador hidroneumático, instalado en una válvula de corte rápido SDV, llamado así al conjunto de válvula de bola y actuador, realizando el cierre (Shut Down) o apertura (Blow Down) en un lapso corto de tiempo, cuando se detecta algún cambio de presión en el oleogasoducto, y sale de los parámetros a los cuales fue calibrado el actuador. Con el mecanismo optimizado, se mejorará la apertura-cierre de la válvula de bola de 12”Ø, clase 300 del oleogasoducto urbano de 5.33 kilómetros, que comunica la batería de separación Poza Rica III, a la batería de separación Poza Rica IX, sin causar daños al oleogasoducto por un cierre-apertura lento, o dañar los elementos principales de la válvula por la aplicación de par de torsión en exceso. Objetivos Específicos 1) Comprobar en condiciones reales de operación, el comportamiento de las válvulas de corte SDV, al utilizar diferentes gases de suministro neumático, y detectar el uso del gas adecuado. 2) Analizar numéricamente, los esfuerzos presentes en el ciclo cierre-apertura, simulando las condiciones reales de la válvula y modelando la estructura, empleando para esto un programa con base en el elemento finito, así como evaluar los resultados y a su vez, emitiendo recomendaciones para su mejora y aplicación en la industria. 3) Modificar la geometría del yugo escocés, para que transmita más fuerza con menos suministro neumático, alargando la vida útil al actuador. 4) Con el mecanismo modificado se pretende reducir los tiempos de apertura-cierre, al aplicar la fuerza necesaria al actuador garantizando la seguridad del oleogasoducto y las instalaciones. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 8 JUSTIFICACION La válvula de corte rápido SDV, tiene mucha importancia en el control de procesos de entrada o salida del flujo hacia una batería de separación. Es un sistema de seguridad, el cual permite el cierre o la apertura de un oleogasoducto. Es de relevancia el tiempo en el cual realiza suacción, y se le instala un actuador de tipo hidroneumático, con características diseñadas a su necesidad. El propósito de optimizar el yugo escocés del actuador, es para aplicar más par de torsión, rediseñando el brazo de palanca y mejorando el tiempo de cierre o apertura, al tener mayor torque al inicio y final de la carrera. Con esto se busca vencer la inercia de la válvula, por estar mucho tiempo en un estado y cambiar a otro en segundos. Al optimizar el yugo escocés, se alarga la vida útil de las empaquetaduras del actuador, ya que se puede operar con menor presión de suministro neumático. Además se protege el oleogasoducto y las instalaciones, evitando los paros no programados y por consecuencia producción diferida. Consecuentemente se requiere llevar a cabo un análisis del yugo escocés, por medio del método del elemento finito, el cual permitirá evaluar el comportamiento de la válvula y su actuador de acuerdo a los esfuerzos, y condiciones a los que se someten sus elementos y corroborar la información obtenida en el análisis experimental. En el Anexo A se mencionan dos ejemplos de casos reales, donde se puede aplicar el presente estudio en el Activo de Producción Poza Rica-Altamira, Región Norte, así como también se presentan 3 casos de accidentes catastróficos, algunos con pérdidas de vidas humanas, daños ambientales y a las instalaciones, en los cuales en el caso de haber tenido válvulas SDV instaladas estratégicamente, el resultado hubiera sido menor, haciendo la aclaración que la utilización de válvulas SDV no evita los accidentes, pero los puede mitigar. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 9 METODOLOGÍA Se analizará la válvula de corte rápido SDV en condiciones reales de operación Se evaluará el comportamiento del actuador con los diferentes tipos de gases de suministro neumático Se determinarán numéricamente los límites de operación del actuador hidroneumático de una SDV bajo diferentes condiciones de operación Se modificará la geometría original del yugo escocés del actuador por medio del programa de análisis del elemento finito ANSYS® Se simularán las cargas y esfuerzos a los que se somete el yugo escocés rediseñado Se fabricará un prototipo y se realizarán pruebas experimentales analizando los resultados Se emitirán conclusiones y recomendaciones para mejora de los sistemas Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 10 CAPÍTULO 1 GENERALIDADES SOBRE ACTUADORES INSTALADOS EN VÁLVULAS DE CORTE RÁPIDO SDV Se presentan aspectos generales sobre actuadores instalados sobre válvulas de corte rápido (SDV), que operan en las baterías de separación. Además se indica su uso, clasificación por el tipo de junta o yugo, material de construcción, selección y funcionamiento. Considerando lo anterior, se plantea el problema a desarrollar. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 11 1.1 Petróleo La palabra petróleo (del latín petro: piedra, óleum: aceite) significa aceite de piedra, es un líquido oleoso bituminoso de color pardo o negro, de origen natural. Se trata de una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, insolubles en agua. Se le conoce también como crudo. Su consistencia varía desde un líquido viscoso como la gasolina (condensado), hasta un líquido espeso que difícilmente fluye (chapopote). Su densidad está entre 0.83 y 0.92 gr/cm³. [1.1] 1.1.1 Origen del petróleo El petróleo, se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos, los cuales se mezclan con las arenas y forman rocas generadoras de crudo. El proceso dura millones de años y una vez formado el petróleo, este fluye hacia arriba a través de la corteza terrestre, ascendiendo por los poros microscópicos de los sedimentos, hasta que se encuentran una capa de roca densa impermeable, ahí queda el petróleo atrapado formando un depósito. Sin embargo, hay ocasiones en que el petróleo no se topa con rocas impermeables brotando a la superficie terrestre o en el fondo del mar. El petróleo, cuando se refina, encierra una serie de procesos físicos y químicos a los que se somete para obtener de él, por destilación y transformación química, los diversos hidrocarburos. El petróleo se separa en fracciones que después de un procesamiento adicional, darán origen a los principales productos que se venden en el mercado como gas L.P., gasolina, diésel, turbosina, combustóleo, aceites lubricantes, parafinas, asfaltos, grasas, y como materia prima para la industria petroquímica básica. En México se obtienen diferentes tipos de petróleo crudo para su exportación, preparándose las siguientes variedades: Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 12 Tabla 1-1 Variedades de Crudo para Exportación que produce Pemex. [1.1] 1.1.2 Regiones Petroleras de México La República Mexicana se divide en 4 regiones petroleras: Región Norte: Constituida por el Activo Integral Burgos, Activo de Producción Poza Rica- Altamira, Activo de Producción Aceite Terciario del Golfo, Activo de Producción Veracruz, Activo de Exploración Golfo de México Norte y Activo de Exploración Tampico-Misantla Golfo. Se localiza al norte de la República Mexicana y comprende 1.8 millones de km² aproximadamente, incluyendo una porción terrestre y otra marina. Colinda al norte con los Estados Unidos de Norteamérica, al sur con el Río Tesechoacán en Veracruz, al este con el Golfo de México y al oeste con el Océano Pacífico. Figura 1-1 Región Norte y sus activos (zona petrolera). [1.2] Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 13 Región Sur: Constituida por los Activos de Exploración Aguas Profundas Sur, Cuencas del Sureste Marino, Cuencas del Sureste Terrestre, y los activos de producción: Bellota-Jujo, Cinco Presidentes, Macuspana-Muspac y Samaria-Luna. Tiene una superficie aproximada de 390,000 kilómetros cuadrados, y comprende los estados de Guerrero, Oaxaca, Veracruz, Tabasco, Campeche, Chiapas, Yucatán y Quintana Roo, y se ubica en la porción Sur-Sureste de la República Mexicana. Al Norte colinda con el Golfo de México, al Noroeste con el Río Tesechoacán en Veracruz y la Región Norte, hacia el Sureste con el Mar Caribe, Belice y Guatemala, y al Sur con el Océano Pacífico.[1.2] Figura 1-2 Región Sur y sus Activos (zona petrolera). [1.2] Región Marina Noreste: Está constituida por los Activos de Producción: Cantarell y Ku- Maloob-Zaap. Se localiza en el Suroeste de la República Mexicana, en aguas territoriales nacionales, frente a las costas de los estados de Campeche, Yucatán y Quintana Roo. Abarca una superficie aproximada de 166,000 kilómetros cuadrados, e incluye parte de la plataforma continental y el talud del Golfo de México. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 14 Figura 1-3 Región Marina Noreste y sus Activos (zona petrolera). [1.2]Región Marina Suroeste: Se conforma de los Activos de Producción Abkatún-Pol-Chuc, Litoral de Tabasco. Se ubica en aguas territoriales que comprenden la plataforma y talud continental del Golfo de México. Su extensión cubre un área superior a 352,390 kilómetros cuadrados. En la porción Sur, colinda con los estados de Veracruz, Tabasco y Campeche, hacia el Este con la Región Marina Noreste, y al Norte y Poniente está limitada por las aguas territoriales nacionales. [1.2] Figura 1-4 Región Marina Suroeste y sus Activos (zona petrolera). [1.2] Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 15 1.2 Transporte de Hidrocarburos 1.2.1 Oleogasoducto Es un sistema de transporte, que tiene por objeto enviar petróleo crudo y asociado con otros hidrocarburos, entre una estación de recolección, un centro de proceso, estación de almacenamiento y terminales de punto de venta. Pueden ser terrestres o marinos y se fabrican uniendo tubos con o sin costura mediante soldadura, para el caso de ductos de petróleos mexicanos que transporten hidrocarburos se rige la selección, construcción, y mantenimiento mediante las normas de referencia NRF-001-PEMEX-2007, NRF-PEMEX-020, NRF- PEMEX-026, y las normas internacionales API-SPEC-5L, API-STD-1104, ASME-B31.4, ASME B31.8. En 1927 “La Huasteca Petroleum Company”, construyó el primer gasoducto de la República Mexicana, que partía de Cerro Azul a Mata Redonda en el estado de Veracruz, donde el gas natural era utilizado como combustible. Actualmente, el medio de transporte de hidrocarburos más utilizado entre estaciones de bombeo y terminales de almacenamiento y punto de venta es el oleoducto. Petróleos Mexicanos mantiene en operación un sistema de ductos terrestres y marinos de alrededor de 54,000 kms. Por donde se transporta crudo, gas natural, gas amargo, gas dulce, gasolina, diésel y otros productos refinados. Figura 1-5 Construcción del primer oleogasoducto en México Año 1927 por la Cía. Huasteca Petroleum Company Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 16 Figura 1-6 Red de Oleogasoductos de la Región Marina Noreste. [1.3] Figura 1-7 llegada del oleogasoducto de 20”Ø Marino de Enlace de la Plataforma Marsopa a la Batería de Separación Punta de Piedra, (Activo de Producción Poza Rica-Altamira, R.N.). Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 17 En la República Mexicana, se tiene el sistema nacional de gasoductos (SNG), que pasa por 18 estados del país. Inicia en el estado de Chiapas y pasa por Veracruz, Tabasco hasta Tamaulipas con líneas de 24”, 36” y 48” de diámetro; posteriormente se prolonga por los estados de Nuevo León, Coahuila, Durango y Chihuahua, con líneas de 24” y 36” de diámetro. Existen tres líneas importantes de 18”, 24” y 36” que recorren el centro del país, pasando por los estados de Veracruz, Puebla, Tlaxcala, Hidalgo, México, Distrito Federal, Querétaro, Guanajuato, San Luis Potosí, Michoacán y Jalisco. 1.3 Separación de Hidrocarburos 1.3.1 Baterías de separación Una batería de separación, es una estación que recibe el petróleo crudo desde uno o varios pozos que se encuentran produciendo en el mismo yacimiento, separando gas-aceite-agua. Una vez separado el crudo, lo almacena en un tanque y lo transporta por gravedad o bombeo, a una estación recolectora o a un oleogasoducto de venta. Por otra parte, el gas se envía a una estación de compresión. El proceso de separación comienza, cuando el crudo llega de los pozos a un colector o manifold de válvulas, en el cual se desvía el flujo hacia el cabezal principal de producción general (PG), o al cabezal de medición, para medir el volumen de un pozo en particular. Una vez direccionado el crudo, se envía a un separador de etapa media, el cual recibe el crudo y hace que éste se separe del gas, pasando por una mampara de choque y un extractor de niebla, saliendo el gas por una toma en la parte superior del separador, quedando el líquido abajo. Posteriormente, pasa a la segunda etapa (etapa de baja), donde se rectifica, y el crudo separado pasa a un tanque de almacenamiento para su posterior envío. El gas obtenido se envía a una estación de compresión y el excedente se quema a la atmósfera. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 18 Figura 1-8 Esquema típico de una Batería de Separación 1.3.2 Tipos de separadores Los separadores, son equipos utilizados para desviar corrientes de aceite y gas que provienen directamente de los pozos. Consiste en un recipiente metálico a presión, el cual recibe el crudo de los pozos. Tiene un sistema interno, el cual desvía el aceite-gas-agua. En la parte externa tiene válvulas de control, válvula motora, equipo instrumentado y de seguridad. 1.3.2.1 Separador tipo ciclón Es un dispositivo que se utiliza para separar el gas, del petróleo crudo que se recibe de los pozos en producción, mediante una fuerza centrífuga, generada por los giros del gas dentro de un cono con orificios. En este caso, la fuerza centrífuga es mayor que la fuerza gravitacional, separando las partículas de aceite. El gas sale por la parte superior y el líquido (aceite con Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 19 agua), se queda en el fondo. Actualmente, este dispositivo no se utiliza en el Activo de Producción Poza Rica-Altamira, solo se emplean los separadores bifásicos y trifásicos. Figura 1-9 Separador ciclónico vertical y sus elementos internos 1.3.2.2 Separadores bifásicos, trifásicos Los separadores bifásicos separan el gas del líquido (aceite-agua), en cambio, los trifásicos separan gas-aceite-agua. Se clasifican en: verticales, horizontales, esféricos. Un separador consta de las siguientes secciones: a) Sección de separación primaria b) Sección de separación secundaria c) Sección de extracción de niebla d) Sección de almacenamiento de líquido Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 20 Sección de separación primaria.- La separación en esta sección se realiza mediante un cambio de dirección de flujo. Dicho cambio de dirección se puede efectuar con una entrada tangencial de los fluidos al separador; o bien, instalando adecuadamente una placa desviadora a la entrada. Con cualquiera de las dos formas, se le induce una fuerza centrífuga al flujo, con la que se separan grandes volúmenes de líquido. Sección de separación secundaria.- Ésta sección separa la máxima cantidad de gotas de líquido de la corriente de gas, por gravedad, por lo que la turbulencia del flujo debe ser mínima. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En algunos diseños se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir aún más la turbulencia, sirviendo al mismo tiempo como superficies colectoras de gotas de líquido. Sección de extracción de niebla.- En ésta sección se separan del flujo de gas, las gotas pequeñas de líquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria, y secundaria del separador. En esta parte del separador, se utilizan el efecto de choquey/o la fuerza centrífuga como mecanismos de separación. Mediante estos mecanismos, se logra que las pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre una superficie en donde se acumulan y forman gotas más grandes, que se drenan a través de un conducto, a la sección de acumulación de líquidos o bien caen contra la corriente de gas, a la sección de separación primaria. El dispositivo utilizado en esta sección, es conocido como extractor de niebla. Está constituido generalmente por un conjunto de veletas, aspas, alambre entretejido, o por tubos ciclónicos. Sección de almacenamiento de líquidos.- En esta sección, se almacena y descarga el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador, debe tener la capacidad suficiente para manejar los posibles lotes de líquido que se pueden presentar en una operación normal. Además, debe tener la instrumentación adecuada para controlar el nivel de líquido en el separador, la cual consta de manómetros, filtro, una válvula motora pilotada que a falla de suministro abre, un indicador de nivel de vidrio, válvulas de bloqueo en la llegada y las salidas. Aparte de las 4 secciones antes descritas, el separador debe tener los siguientes dispositivos de seguridad: válvula de seguridad (PSV), tubo desviador de seguridad (By Pass) y “check” de contrapresión. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 21 Figura 1-10 Separador Horizontal con sus instrumentos de medición Figura 1-11 Esquema de un separador trifásico Entrada de flujo Salida de Gas Descarga de agua Gas Descarga de Aceite Mampara de choque Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 22 Figura 1-12 Separador Vertical Bifásico Figura 1-13 Esquema de un Separador Horizontal Bifásico 1.4 Protección de oleogasoductos e instalaciones 1.4.1 Sistema de paro por emergencia (SPPE) Es un sistema automatizado de seguridad, que tiene como objetivo reducir los riesgos y llevar las instalaciones a paro seguro, cuando las condiciones normales del proceso hayan salido de Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 23 control, puede ser electrónico o neumático. El sistema de paro por emergencia electrónico, se rige por un protocolo de comunicación. Consta de (transmisores de presión, válvulas de 5 vías con solenoide, transmisores de temperatura, botoneras manuales de paro, válvulas SDV de control electrónico, unidad de respaldo de energía), todo controlado desde un tablero de interfase hombre-máquina y un controlador lógico programable. Es un equipo tolerante a fallas, es decir, ninguna falla del sistema electrónico del ESD (emergency shut down) puede ocasionar un paro en el proceso. El sistema no reacciona ante una falla aparente, si no ante una falla real o por orden exclusiva del operador. Cada transmisor envía información hacia el PLC TMR para que este tome decisiones. Alternativamente, el sistema de paro por emergencia neumático consta de sensores de presión (pilotos PSL, PSH), manómetros, válvulas de 3 vías, válvulas de 5 vías, botoneras manuales de paro ESD, los cuales en conjunto detectan la presión en el proceso. Al salirse de los parámetros a los cuales fue calibrado, el tablero de control de la SDV, manda a cierre las válvulas de corte, protegiendo la instalación o el oleoducto. Figura 1-14 Sistema digital de monitoreo y control del sistema de paro por emergencia del C.P. Nohoch-Alfa, Activo de Producción Cantarell, Región Marina Noreste. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 24 1.4.2 Sistema SCADA En la subsidiaria PGPB (Pemex Gas y Petroquímica Básica) de Petróleos Mexicanos, se tiene un sistema llamado SCADA (sistema supervisorio de control y adquisición de datos), el cual permite el control y monitoreo de los sistemas de transporte de gas natural y licuado en tiempo real, el cual entró en operaciones en el año 2000 y cuenta con la siguiente infraestructura: 01 centro de control principal en la Ciudad de México y 1 alterno en Venta de Carpio. 51 centros de información remota. 542 actuadores de válvulas automatizadas y 146 controladores de válvulas reguladoras de presión para la supervisión de límites operativos y control remoto. 07 estaciones de compresión de gas natural y 05 estaciones de bombeo de gas L.P. enlazadas al sistema SCADA. 64 estaciones terrenas satelitales, 79 microondas y 236 enlaces de UHF. Con este sistema, se monitorea en tiempo real las presiones de los gasoductos. Es de suma importancia para detectar alguna variación en las presiones de los ductos, y de forma remota se puede cerrar o abrir una válvula. Utiliza válvulas de corte rápido, algunas de tipo paletas y de yugo escocés, pero no está generalizado a los oleoductos que transportan combustible de las baterías de separación, ni los enlaces de plataformas marinas. Figura 1-15 Centro de monitoreo y control SCADA. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 25 1.4.3 Válvula de Corte Rápido (SDV) En los procesos automatizados de producción, separación, manejo, transporte y almacenamiento de gases y fluidos a presión se tiene un tipo de válvulas en las llegadas o salidas (fronteras), que integran el sistema de paro por emergencia. A éstas se les denomina de cierre o apertura rápido (SDV) ó (BDV). Consistente en una válvula de bola, a la cual se le instala un actuador del tipo neumático, hidráulico, hidroneumático o eléctrico que al sensar por medio de transmisores electrónicos o pilotos, una baja presión, alta presión, fuego, o presencia de gas, se activan, cerrando o abriendo el oleogasoducto en segundos según sea el caso, protegiendo la instalación y la integridad del ducto. Figura 1-16 Esquema de una Válvula de Bola mostrando sus componentes internos. 1.4.4 Actuadores de la Válvula de Corte Rápido (SDV) El actuador, es un dispositivo cuya función es proporcionar o transmitir fuerza para mover o actuar una válvula. La fuerza proviene de tres fuentes principales: presión neumática, presión hidráulica y fuerza motriz eléctrica. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 26 Los actuadores se instalan vertical u horizontalmente sobre una válvula paralelos al ducto, incluso hacia abajo y se clasifican por su uso, diseño, tipo de junta y posición de falla de la siguiente manera: Tabla 1-2 Tipos de Actuador de las Válvulas de Corte rápido que se utilizan en instalaciones costa fuera. [1.4] Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 27 Tabla 1-3 Tipos de Actuador de las Válvulas de Corte rápido utilizan en instalaciones Terrestres. [1.4] Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 28 Actuador eléctrico.- Funciona con un motor eléctrico reversible de inducción y una caja de engranes, los cuales transmiten la fuerza al vástago de laválvula a través de un tornillo sinfín o engrane planetario. Está protegido contra sobrecarga eléctrica, por medio de elementos térmicos y el motor es de diseño no ventilado totalmente cerrado. Tiene la capacidad de proporcionar un cuarto de vuelta o multivuelta, e instalarse en cualquier posición sin ver afectado su desempeño. El control del actuador recibe señales analógicas de 4-20 mA CD (Protocolo de comunicación Hart), 0-5 VCD y 0-10 VCD (Protocolo de comunicación Field bus). Figura 1-17 Actuador eléctrico de doble motor para válvulas de corte. Actuador Hidráulico.- Funciona con fluido hidráulico suministrado por una central hidráulica independiente del actuador. La junta puede ser del tipo paletas o yugo escocés. Cuenta con bomba hidráulica manual. El control del actuador recibe señales analógicas de 4- 20 mA CD (Protocolo de comunicación Hart), 0-5 VCD y 0-10 VCD (Protocolo de comunicación Field bus). http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=actuador para v%C3%A1lvula con motor electrico&source=images&cd=&cad=rja&docid=R5N8tyJ1_0jnGM&tbnid=-yrqomXD6-KeqM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.directindustry.es/prod/sipos-aktorik/actuadores-electricos-de-doble-motor-para-valvulas-24372-59833.html&ei=v3EGUrW3LeyQyQG39oBI&psig=AFQjCNH9eyO6XqIZo21GMBC966YyXYA-IA&ust=1376240264408560 Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 29 Figura 1-18 Actuador Hidráulico tipo Paletas con Bomba Hidráulica Manual. [1.5] Actuador Electrohidráulico.- Este actuador es de diseño similar al actuador hidráulico pero incluye una unidad de potencia hidráulica, compuesta por un motor eléctrico, bomba hidráulica, depósito de aceite e interruptor de presión, formando una unidad auto contenida para ser montada directamente sobre la válvula. La fuente de suministro de energía es eléctrica, La diferencia con el actuador de la figura 1-18 es que en éste, la unidad de potencia hidráulica está integrada al actuador y en el otro es independiente del actuador. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 30 Figura 1-19 Actuador Electrohidráulico tipo Paletas con Bomba hidráulica manual. [1.5] Actuador neumático.- Funciona con suministro de aire de instrumentos, gas de proceso o banco de nitrógeno. Puede tener uno o dos cilindros, en el cual adentro tienen un pistón separado por un anillo de nitrilo que comprime el gas suministrado, produciendo una fuerza que la transmite hacia el vástago de la válvula, por medio de un mecanismo llamado yugo escocés. El cilindro puede ser de simple acción con retorno con resorte, o doble acción. Puede tener o no, una bomba hidráulica manual de respaldo. Actuador neumático de doble acción: Es aquel que tiene doble cilindro neumático. Funciona entre el rango de 60 a 160 psi de suministro en las cámaras. A falla de energía eléctrica en su control o pérdida de suministro neumático se queda en la última posición. Asimismo, puede tener o no redundancia hidráulica, (bomba hidráulica de respaldo). Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 31 Figura 1-20 Actuador neumático de doble acción sin bomba hidráulica. [1.6] Actuador de acción simple con retorno por resorte: Es aquel que tiene solo un cilindro neumático, y el suministro es solo por un lado de la cámara. Funciona entre el rango de 50 a 160 psi de suministro en la cámara. A falla de energía eléctrica en su control, o pérdida de suministro neumático, el resorte que lo integra se libera y cierra la válvula. Tiene una bomba hidráulica de respaldo, para mantener comprimido el resorte a falla de suministro neumático o en mantenimiento. Figura 1-21 Actuador neumático de yugo escocés de acción simple con retorno por resorte. Actuador de doble acción con pistón hidráulico: Es aquel que tiene solo un cilindro neumático, pero tiene la acción de doble suministro neumático. En la otra sección, tiene un pistón hidráulico accionado por una bomba hidráulica manual, la cual puede mantener abierta Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 32 o cerrada la válvula aún en condición de falla. Funciona entre el rango de 50 a 160 psi de suministro en la cámara. A falla de energía eléctrica en su control o pérdida de suministro neumático se queda en la última posición. Figura 1-22 Válvula SDV con actuador hidroneumático de doble acción con pistón hidráulico, SDV de 24” Ø llegada de la plataforma Lankahuasa-A, en la EPMG El Raudal. Actuador Hidroneumático.- Este actuador está equipado con 2 tanques de gas/fluido hidráulico, o por una unidad de potencia hidráulica operada por una bomba neumática, que presuriza el fluido hidráulico. La fuente de energía es neumática, puede ser del tipo paletas montado verticalmente o de tipo pistón de simple o doble acción paralelo al oleogasoducto. Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 33 Figura 1-23 Válvula de corte rápido SDV de 24” con Actuador Hidroneumático de tipo Paletas, ubicada en el C.P. Akal-Golfo, Activo Cantarell, Región Marina Noreste. 1.4.5 Fuente de Suministro Neumático El suministro neumático de los actuadores es un factor que se debe considerar para determinar la selección del tipo de actuador. La fuente de suministro se puede seleccionar entre: Aire de instrumentos.- Se debe suministrar aire seco y limpio con una presión de 120 psi, por medio de compresores y secadora de aire, garantizando que se provea la cantidad requerida, considerando el crecimiento de la instalación y fugas en los actuadores. Así mismo, se toma en cuenta el almacenamiento individual por cada válvula instalada y un tanque de almacenamiento de la red de aire de instrumentos. [4] Gas de Proceso.- Cuando en la instalación no se cuenta con aire de instrumentos, se puede utilizar gas amargo o natural del proceso pasando por un separador de gas- aceite- sólidos y después por medio de un filtro. Se debe de disponer de un rango de presión en la línea de 100 psi. El gas de proceso debe ser acondicionado a la presión requerida del actuador por medio de un regulador. Esto se considera como una primera opción en instalaciones que manejen gas y no cuenten con aire de instrumentos. [4] Optimización del mecanismo de cierre rápido de una válvula de corte SDV para baterías de separación, en el sistema petrolero nacional 34 Banco de Nitrógeno.- Se utiliza en instalaciones donde no se cuenta con energía eléctrica, aire de instrumentos, ni gas de proceso. Consiste en cilindros de nitrógeno de 9m³. La cantidad dependerá del número de actuadores. Se conectan a un cabezal con salida de presión regulada de 100 psi, y de ahí a los controles de los actuadores. Energía eléctrica.- Se utiliza en instalaciones tripuladas donde existe generación o suministro externo de energía eléctrica, se consideran los siguientes voltajes: a) 24 VCD b) 120 VCA, 60Hz, 1 fase c) 220 ó 460 VCA, 60 Hz, 3 fases. 1.4.6 Material de Construcción de los Actuadores de las Válvulas de Corte Rápido Los materiales de construcción de los actuadores son de distinta conformación y se adecuan según: el uso y tipo de gas de suministro a utilizar. El ambiente en que
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