Simuladores offline y online: los gemelos digitales
Invertir en un modelo de ducto físico sólido y subyacente para estudios fuera de línea genera dividendos durante la vida útil de un ducto. Se puede añadir más valor cuando un modelo subyacente para estudios fuera de línea se adapta para su despliegue in situ, en un entorno en línea. El simulador en línea actúa como un gemelo digital del ducto y mantiene unas operaciones más inteligentes, flexibles, seguras y rentables mediante el uso de funciones como:
- Software auxiliar que valida los datos brutos entrantes y muestra los resultados calculados y las alarmas
- Aprendizaje automático de parámetros para mantener el modelo bien afinado
- Contadores virtuales, calculadoras de inventario y otras funciones como detectores de fugas para informar a los operadores del estado actual del sistema de ductos
Desplegar un simulador en línea en un entorno real es un proceso que exige una resolución rápida y un rendimiento sin fisuras en todo momento, un software de simulación como Atmos SIM es capaz de crear modelos precisos manteniéndolos lo más sencillos posible.
Pero, ¿cómo supervisa una red de ductos en tiempo real?
A continuación analizaremos las siguientes consideraciones de un simulador en línea que le permiten monitorizar una red de ductos en directo in situ:
- Tipo de fluido
- Comunicación con el usuario
- Procesamiento de datos
- Medición e instrumentación
Tipo de fluido
Un modelo incompresible es el más adecuado para la mayoría de las aplicaciones relacionadas con ductos que transportan líquidos, siempre que el líquido no sea drásticamente compresible o multifásico. El modelo incompresible realiza un seguimiento de los lotes a medida que avanzan por el sistema de ductos y no intenta deducir el caudal, sino que sigue un contador fiscal. Su rastreador de lotes está en continuo estado de mejora, ya que cada vez que se detecta un lote que pasa por una estación intermedia o llega a su destino, se introducen correcciones en los parámetros pertinentes.
El modelo de transitorios en tiempo real (RTTM) se utiliza en otros ductos de líquidos y en todos los gasoductos. Los RTTM proporcionan visibilidad y conocimiento de lo que ocurre en toda la red de ductos en todo momento, incluidas las condiciones físicas en lugares no medidos. El RTTM evalúa las mediciones comparándolas con los caudales y presiones calculados, y un estimador de estado utiliza correcciones de ajuste aprendidas para mantener la concordancia del modelo con las mediciones válidas.
Puede obtener más información sobre los modelos transitorios en tiempo real en nuestro blog, que resume el capítulo diez de "The Atmos book of pipeline simulation".
Comunicación con el usuario
Anteriormente, sólo los especialistas en simulación realizaban estudios fuera de línea y los operadores diarios de ductos confiaban en un simulador de ductos moderno, pero ahora el software de simulación tiene la facilidad de interactuar con una mayor variedad de miembros del equipo de ductos, añadiendo valor a las numerosas tareas técnicas y comerciales de un ducto.
La integración de un simulador de ductos con un sistema SCADA permite mostrar la información de forma sencilla a todo aquel que la necesite. Los usuarios de la sala de control y de la oficina pueden utilizar esta información para combinar datos en tiempo real de contadores virtuales de todo el ducto con previsiones y registros históricos.
Una vez que el simulador deduce lo que ocurre en el ducto, el paquete de software auxiliar interactúa con el usuario final. Dado que un equipo de operaciones está formado por varias funciones diferentes, puede haber distintos intereses cuando se trata de información e informes en tiempo real e históricos. A menudo, el sistema implica la comunicación con el simulador, lo que afecta a las intervenciones y correcciones. Una única consola puede gestionar muchos ductos, por lo que puede utilizarse una interfaz hombre-máquina (HMI por sus siglas en inglés) para supervisar los ductos en tiempo real de la forma más eficaz posible.
La HMI es un conjunto de pantallas y vistas que mantienen informado y bajo control al operador y que suelen adaptarse a las necesidades del equipo de operaciones del ducto, cumpliendo al mismo tiempo normas estrictas.
Procesamiento de datos
La eficacia de un sistema de simulación de ductos depende del equipo de operaciones que lo respalda. El objetivo de un simulador de ductos es proporcionar información, por lo que es el usuario final quien debe utilizar sus conocimientos.
El software de simulación suele ser lo suficientemente robusto como para requerir una intervención mínima en el servicio cuando lo pone en marcha un equipo capaz con el apoyo de los desarrolladores. Los resultados simulados pueden ofrecer una precisión impresionante cuando el sistema se configura adecuadamente y recibe datos validados. Tras su puesta en marcha en frío, cabe esperar que un conjunto de simulación en buen estado se ajuste a la realidad y ofrezca un apoyo eficaz en tiempo real.
El sistema SCADA
Es habitual que los ductos utilicen un sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA por sus siglas en inglés). Este sistema centralizado se sitúa entre el simulador y los instrumentos de campo, los historiadores de datos y las pantallas de los operadores, y permite a los usuarios responder en tiempo real. Implica muchas tecnologías operativas y recopila datos de dispositivos remotos, poniéndolos a disposición en una única ubicación centralizada.
Figura 3: : Vista de una pantalla SCADA de una estación de bombeo a lo largo de un ducto
Un sistema SCADA maneja datos brutos, que abarcan todas las variables sobre el funcionamiento en curso del ducto, tales como:
- Estado de las estaciones de medición
- Posiciones de las válvulas
- Eventos de lanzamiento de raspadores
En caso de que la información entrante sea incoherente, es esencial ayudar a un simulador a dar sentido a la información contradictoria mediante el mantenimiento, que es una tarea importante para un equipo en un proyecto o el mantenimiento de un sistema puesto en marcha.
El modo en que se configura un sistema, se adapta a un emplazamiento único y se supervisa durante una operación determinará su rendimiento en tiempo real. Atmos puede proporcionar asistencia de mantenimiento para contribuir estas aplicaciones.
Medición e instrumentación
Medidores virtuales
Incluso los ductos con un flujo constante tendrán probablemente ciertas ubicaciones en las redes de ductos donde podrían violarse los límites operativos debido al terreno. Atmos SIM supervisa estas zonas mediante puntos de notificación que actúan como contadores virtuales, proporcionando a los operadores de ductos la misma información que proporcionaría un contador aunque no haya un contador físico en esta zona. Para una simulación en vivo, los puntos de notificación proporcionan la cobertura necesaria de las secciones remotas sin contador de una red de ductos y también sirven de base para las decisiones de diseño durante los estudios fuera de línea.
Medidores de presión
Para garantizar que un ducto cuente con la instrumentación más adecuada para su control en tiempo real, es necesario instalar medidores de presión en el mismo lugar. Los medidores de presión suelen situarse a ambos lados de una válvula en caso de que se cierre y a ambos lados de un regulador, bomba o compresor, de modo que cuando una válvula está abierta o un compresor está apagado, el par de medidores de presión miden la misma presión el uno del otro.
Medidores de flujo
En un ducto de gas se exigen normas estrictas de precisión debido a la transferencia de custodia que tiene lugar in situ. Si no se alcanza este estricto nivel de precisión, incluso un uno por ciento en el caudal de gas puede suponer pérdidas millonarias para un vendedor o comprador, por lo que se utiliza una ecuación de estado con una medición de presión y temperatura para calcular el caudal facturado a partir del caudal medido.
En un ducto de líquidos, la medición fiscal también es esencial y el modelo incompresible en tiempo real de Atmos SIM la toma sobre cualquier caudal indicado por los medidores de presión. Los estrictos requisitos de los gasoductos y los oleoductos hacen que los caudalímetros sean un complemento costoso de la red de ductos.
Preparando el éxito del simulador en línea
En cualquier entorno real pueden surgir multitud de problemas, como sopesar los medidores de caudal frente a los de presión, la transición de un estado alejado de las condiciones reales a otro que se ajuste a ellas y cómo perseverar ante los fallos de los datos. Para que un simulador en tiempo real sortee estos problemas, hay que realizar un trabajo considerable, y las redes de ductos corren menos riesgos en general cuando disponen de un modelo en línea.
Referencias
1 “The Atmos Book of Pipeline Simulation”
Listo para el capítulo 12?
En el capítulo 12 se explica cómo las previsiones y los optimizadores trabajan juntos para desempeñar un papel crucial a la hora de anticipar eficazmente los riesgos y las infracciones en un ducto e impulsar la adopción de medidas.