Cómo la simulación de ductos contribuye al aseguramiento del flujo a lo largo del ciclo de vida de ducto

Aseguramiento del flujo: clave para el éxito de la cadena de suministro

Mientras los operadores de ductos y las empresas de ingeniería continúan buscando formas no sólo de mantener la seguridad y la conformidad, sino también de optimizar las operaciones, el aseguramiento del flujo sigue siendo un tema vital. Acuñado por Petrobras en la década de 1990, el aseguramiento del flujo significa simplemente "flujo garantizado "¹. Abarca toda la cadena de suministro de la industria de los hidrocarburos, desde la fuente hasta el usuario final.

A continuación, analizamos los principales retos del aseguramiento del flujo y cómo tecnologías, como la simulación de ductos, ayudan a comprender el impacto en las operaciones mediante la modelización de los resultados.

Abarcaremos:

• Los retos del aseguramiento del flujo y cómo superarlos, y la optimización de las operaciones
• La contribución de tecnologías como la simulación de ductos
• Modelado de los riesgos y optimización 
• ¿Qué es el análisis de sobrepresión?

Los retos del aseguramiento del flujo y cómo superarlos, y la optimización de las operaciones

Las interrupciones del flujo no sólo son costosas para los operadores de ductos, también conllevan un problema de seguridad. Algunos de los principales desafíos están relacionados con el aseguramiento del flujo. Un simulador de ductos puede ayudar en estas condiciones, así como algunas áreas en las que puede ayudar a optimizar sus operaciones.

1. Predicción de las tendencias futuras para optimizar el programa de operación
2. Observación de los acontecimientos imprevistos (como las paradas de los compresores) y cómo pueden gestionarse
3. Capacitación del personal de la sala de control, tanto nuevo como existente
4. Desarrollar procedimientos de puesta en marcha y parada
5. Optimizar la transición a la energía verde

La consideración de la transición energética es un área importante para la mayoría. Los operadores de oleoductos y gasoductos tienen que entender cómo afectará la transición al hidrógeno, por ejemplo, a la capacidad de los ductos. Se espera que muchos ductos de gas natural sean reutilizados para las mezclas de hidrógeno, por lo que es crucial entender cómo repondrá la infraestructura existente. La simulación de ductos capaz de modelar con precisión diferentes mezclas de hidrógeno puede utilizarse como una poderosa herramienta de apoyo a la toma de decisiones, eliminando espacios de conjetura e incertidumbre.

La contribución de tecnologías como la simulación de ductos

H3: La contribución de tecnologías como la simulación de ductos

El papel de un ingeniero de aseguramiento del flujo en un proyecto es brindar predicciones, estrategias de prevención y métodos de remediación de los factores que podrían poner en peligro la seguridad del suministro⁷. Este tipo de ingenieros intervienen en todo el ciclo de vida del proyecto, desde el concepto hasta la ingeniería y el diseño iniciales (FEED por sus siglas en inglés), pasando por la puesta en marcha y el apoyo a las operaciones.

Los ingenieros de aseguramiento del flujo suelen utilizar un simulador de ductos para llevar a cabo un análisis detallado de la línea en todas las etapas del proyecto. Puede realizarse tanto para condiciones transitorias como para condiciones estacionarias fuera de línea. Dado que los simuladores hidráulicos imitan los sistemas de ductos, presentan un escenario virtual del ducto en condiciones de funcionamiento normales y anormales.

Durante la fase de diseño, los ingenieros de aseguramiento del flujo pueden utilizar una simulación de ductos para explorar varios enfoques para cumplir con la intención del diseño. Los estudios de este tipo pueden abarcar una amplia gama de escenarios, incluyendo⁵:

1. Diagrama de flujo - Trazado de la red y determinación de las condiciones de funcionamiento
2. Especificación del diseño - Selección de proveedores de materiales y equipos adecuados para el ducto
3. Filosofía de control: definición de la mejor manera de operar

Cuando el ducto está en funcionamiento, un sistema de simulación se puede utilizar para ayudar con factores que son una preocupación clave de los ingenieros de aseguramiento de flujo, como la interpretación de la hidráulica del flujo, las características del flujo y los comportamientos térmicos, también ayudando al personal de la sala de control del ducto con las tareas rutinarias y ad-hoc. Esto significa que la simulación de ductos ayuda al aseguramiento del flujo ofreciendo⁵:

• Resolución de problemas - Identificar los problemas y solucionarlos
• Análisis predictivo - Anticiparse a las perturbaciones y evitarlas
• Planificación de las operaciones - Especialmente las modificaciones de fluidos y flujos
• Estudios de ampliación - Evaluar las adaptaciones que implica una propuesta
• Capacitación de operadores - Demostrar su competencia a los reguladores

Modelado de riesgos

Hay varios escenarios en los que la simulación de ductos puede utilizarse para modelar los riesgos que presenta el aseguramiento del flujo. En el caso de la transición energética, por ejemplo, se puede utilizar un simulador para modelar cómo la infraestructura del ducto se enfrentará a las mezclas de hidrógeno en el sistema.

Una herramienta como Atmos Simulation (SIM) Suite puede utilizarse para responder a preguntas importantes en torno a las limitaciones de capacidad, cómo hacer frente a eventos no planificados como cortes de compresores o fallos de suministro.

Gracias a la función “look-ahead” de Atmos SIM, el modelo se ejecuta más rápido que en tiempo real para indicar lo que ocurrirá en el futuro y advertir a los operadores de ductos de cualquier infracción operativa o contractual que se pueda producir en el futuro a menos que se modifique el plan operativo actual.

Optimización de operaciones

Además de gestionar los riesgos asociados, la simulación de ductos también puede utilizarse para la optimización. Muchos clientes de Atmos actualmente utilizan la función look-ahead para optimizar las operaciones de la siguiente manera:

Predecir las presiones futuras de los ductos de gas en función de la demanda, la producción y el funcionamiento de los compresores hasta con 48 horas de antelación.  Esto permite la validación previa de la capacidad de entrega de las nominaciones y proporciona al controlador detalles sobre cuándo y dónde podrían presentarse problemas operativos, de modo que se puedan tomar medidas preventivas anticipadamente. Además, se puede identificar la opción más económica para cumplir con todas las nominaciones.

¿Qué es el análisis de sobrepresión?

Los transitorios rápidos son un área especializada de la gestión de ductos de líquidos, ya que implican cambios que ocurren en escalas de tiempo muy cortas⁵. El análisis de sobrepresiones sirve para simular estos transitorios rápidos, como los aumentos de presión. Este tipo de análisis puede ser muy exigente y requerir mucho tiempo debido a los miles de kilómetros de ductos que hay que analizar. Algunas autoridades exigen a los operadores de ductos que dispongan de estudios de análisis de sobrepresión actualizados, como por ejemplo el Departamento de Transporte de Estados Unidos (DOT por sus siglas en inglés).

Las ventajas de realizar un análisis de sobrepresión con Atmos SIM son, entre otras:

1. La prevención de fugas identificando los lugares en los que la operación puede causar una ruptura
2. El ahorro de tiempo gracias al proceso automatizado
3. La precisión de los datos recabados y presentados en una vista gráfica

Herramientas como Atmos Surge Analysis, un módulo incluido en Atmos SIM, hacen que el proceso de realizar un análisis de sobrepresión sea más rápido y sencillo, simplificando y automatizando el proceso de presentar un informe detallado a las autoridades pertinentes. Se puede programar la ejecución de una serie de escenarios, como cierres de válvulas y disparos de bombas (cierre abrupto de la misma), estos eventos generan datos que se analizan en función de los criterios de aprobación y fracaso. Estos datos son ingresados en un informe, donde se muestran gráficamente las tendencias. El informe localiza los puntos de máxima presión y los tiempos de disparo de las bombas.

La ejecución constante de análisis de sobrepresión puede ayudar a prevenir incidentes en los ductos y, por tanto, a garantizar que éstos sean seguros para suministrar el caudal necesario.

Aseguramiento del flujo con simulación de ductos

Como término de amplio alcance, el aseguramiento del flujo abarca toda la cadena de suministro de la industria de los hidrocarburos, desde el origen hasta el usuario final. La simulación de ductos se está convirtiendo en una parte integral para gestionar algunos de los desafíos más importantes del aseguramiento del flujo.

Si bien existen algunas áreas que quedan fuera de su control, la simulación de ductos puede utilizarse para responder los principales cuestionamientos sobre la infraestructura, escenarios hipotéticos y conocimientos más profundos como el análisis de sobrepresiones. Se puede utilizar durante todo el ciclo de vida del ducto, desde la fase de preparación, la puesta en marcha y durante su funcionamiento. La capacidad de realizar estas simulaciones es de vital importancia para que los operadores de ductos comprendan el estado de la infraestructura, respondan a preguntas y optimicen sus operaciones.

Referencias

¹https://www.oilandgasiq.com/oil-and-gas-production-and-operations/news/what-is-flow-assurance

²https://www.usgs.gov/faqs/what-are-gas-hydrates

³https://www.witpress.com/Secure/elibrary/papers/MPF11/MPF11022FU1.pdf

⁴https://www.eu-midas.net/science/gas-hydrates

⁵”The Atmos book of pipeline simulation”

⁶http://impact.nace.org/economic-impact.aspx

⁷https://www.crondall-energy.com/post/blog-what-does-a-flow-assurance-engineer-do