Optimización y Monitoreo en Tiempo Real de Sistemas de Protección Catódica de Oleoductos de Petroamazonas EP - Ecuador

Carlos A. Melo G. Petroamazonas EP

Quito, Ecuador carlos_melo@petroamazonas.ec

Diego Gordillo Petroamazonas EP

Quito, Ecuador

Hugo Recalde Petroamazonas EP

Quito, Ecuador

RESUMEN

A partir del año 2012, el personal de Integridad Mecánica y Automatización del Departamento de Mantenimiento de Petroamazonas EP inició la optimización e implementación del monitoreo en tiempo real de los sistemas de protección catódica de los oleoductos en los Bloques 12 y 15.

La automatización de los sistemas de monitoreo permitió conocer, en tiempo real, el estado de los rectificadores utilizados para el control de la corrosión externa de los oleoductos y los valores de potencial de protección catódica en las válvulas, lanzadores y recibidores. Además, debido a que los rectificadores utilizados cuentan con sistemas integrados de interrupción, se pudieron realizar trabajos que requieren el ciclado sincronizado con GPS1 desde la central de procesos por medio del sistema SCADA2. Debido al resultado favorable de esta implementación, los sistemas de monitoreo en tiempo real y el uso de rectificadores adaptativos se han incorporado en nuevos proyectos.

Palabras Clave: Monitoreo Remoto, Sistemas de Protección Catódica, Rectificadores Adaptativos, SCADA.

1 GPS: Sistema de Posicionamiento Global.

2 SCADA: Sistema de Supervisión y Adquisición de Datos.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de monitoreo remoto de los sistemas de protección catódica de los ductos y oleoductos operados por Petroamazonas EP en los bloque 12 y 15 se implementaron en base a los siguientes justificativos:

1. La operación de Petroamazonas EP se desarrolla en zonas clasificadas como Inusualmente Sensibles según los requerimientos del CFR Título 59, Parte 195.6.

2. La corrosión externa en los oleoductos de Petroamazonas EP se controla en base a sistemas de protección catódica y recubrimientos.

3. Los rectificadores de los sistemas de protección catódica de los oleoductos de Petroamazonas EP están ubicados en locaciones remotas.

4. Existencia de tecnologías que permiten la optimización de los sistemas de protección catódica y su monitoreo en tiempo real.

La optimización incluyó la adquisición de rectificadores adaptativos que permiten la regulación de la salida por corriente, voltaje o potencial constante. Adicional al control de la salida el uso de estos equipos permitió eliminar el rizado (ripple AC en salida DC de rectificadores tradicionales) en la energía que se utilizaba para la protección catódica de los oleoductos. El alto porcentaje de rizado incrementaba el consumo de energía y la generación de daños en el recubrimiento externo de los oleoductos.

ANTECEDENTES

Petroamazonas EP es una empresa Pública de Exploración y Explotación de Hidrocarburos que opera varios bloques en el oriente ecuatoriano (referirse a figuras 1 a 3). La operación inició con los bloques 12 y 15 que actualmente tienen una producción aproximada de 80,000 barriles de crudo por día. Se han producido varias fallas en los ductos de estos bloques. Según un estudio realizado en 20121 una de las principales causas de falla es la corrosión externa con un porcentaje del 36% del total de las fallas registradas (referirse a figura 4).

Figura 1: Ubicación de la operación de Petroamazonas EP3.

3 Imágenes tomadas de Geoportal (Sistema de Información Geográfico) Interno de Petroamazonas EP.

Figura 2: Bloques operados por Petroamazonas EP en Oriente Ecuatoriano.

Figura 3: Ubicación de los Bloques 12 y 15.

Figura 4: Causas principales de fallas en ductos de Bloques 12 y 15.

Debido a que los recubrimientos y los sistemas de protección catódica son los dos métodos de controlar los procesos de corrosión externa, en 2012 se decide iniciar con la implementación de los proyectos de monitoreo remoto y utilización de rectificadores adaptativos para garantizar un adecuado funcionamiento y monitoreo de los sistemas de protección catódica.

OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA MEDIANTE EL USO DE RECTIFICADORES ADAPTATIVOS

En el año 2012 como parte de la implementación de los programas de Evaluación Directa de la Corrosión Externa, el departamento de mantenimiento realiza un análisis comparativo del número de fallas en los recubrimientos en uno de sus ductos de recolección y se detecta que existe un incremento significativo en el número de indicaciones detectadas por las herramientas de inspección indirecta (DCVG y ACVG) entre los años 2008 (DCVG, 1), 2010 (DCVG, 5) y 2012 (DCVG, 9)2. En la figura 5 se muestra una comparación gráfica del incremento del número de indicaciones en un tramo inspeccionado del ducto de recolección de 18’’-EDYG4-EDYD5.

DCVG 2008 G-Y

DCVG MN

DCVG MD

DCVG SV

35

30

25

20

15

10

5

DCVG 2008

DCVG 2010 G-Y

DCVG MN

DCVG MD

DCVG SV

35

30

25

20

15

10

5

0

DCVG 2010

ACVG 18-G-Y TR I APR 2012

ACVG MN

ACVG MD

ACVG SV

80

70

60

50

40

30

ACVG 2012

0+00 2+50 5+00 7+50 10+00 12+50

Figura 5: Comparación de indicaciones detectadas por inspecciones indirectas de

recubrimiento en ducto 18’’-EDYD-EDYG (2008-2010-2012) tramo 0+000 a 1+394

Debido al incremento en el número de las indicaciones de daños en el recubrimiento externo detectados por las técnicas de inspección indirecta se procede a realizar un estudio de la cantidad de corriente AC (rizado AC) presente en la salida DC del rectificador de protección catódica (EPF-CPR-009) utilizado para este ducto de recolección. Los resultados se muestran en la tabla 1.

Como se puede observar en la tabla 1 a continuación el promedio de potencia AC detectado en la salida del rectificador es aproximadamente del 17%, por lo tanto una importante cantidad de la energía que entregaba el sistema de protección catódica tenía una componente AC, lo que podría estar generando un aumento en los daños en los recubrimientos protegidos por este sistema de protección catódica.

4 EDYG: Plataforma de producción “G” de Campo Eden Yuturi

5 EDYD: Plataforma de producción “D” de Campo Eden Yuturi

Tabla 1

Medición de Rizado (AC) en salida de rectificador EPF-CPR-009

Voltaje Amperaje Rizado Potencia

DC AC AC DC AC DC AC DC Total % AC

28.94 14.45 2.40 5.47 49.93% 43.88% 29.48 158.30 187.78 15.7%

28.95 14.48 2.50 5.47 50.02% 45.70% 30.77 158.36 189.13 16.3%

28.99 14.50 2.40 5.47 50.02% 43.88% 29.58 158.58 188.16 15.7%

29.00 14.49 2.40 5.48 49.97% 43.80% 29.56 158.92 188.48 15.7%

28.85 14.44 2.40 5.44 50.05% 44.12% 29.46 156.94 186.40 15.8%

28.94 14.46 2.40 5.46 49.97% 43.96% 29.50 158.01 187.51 15.7%

28.96 14.46 2.40 5.45 49.93% 44.04% 29.50 157.83 187.33 15.7%

28.96 14.31 2.40 5.46 49.41% 43.96% 29.19 158.12 187.31 15.6%

28.93 14.46 2.70 5.38 49.98% 50.19% 33.19 155.64 188.83 17.6%

28.93 14.45 2.70 5.46 49.95% 49.45% 33.16 157.96 191.12 17.4%

28.87 14.43 2.70 5.46 49.98% 49.45% 33.12 157.63 190.75 17.4%

28.86 14.44 2.70 5.47 50.03% 49.36% 33.14 157.86 191.00 17.4%

28.90 14.44 2.70 5.47 49.97% 49.36% 33.14 158.08 191.22 17.3%

28.92 14.45 2.70 5.48 49.97% 49.27% 33.16 158.48 191.64 17.3%

28.95 14.47 2.70 5.48 49.98% 49.27% 33.21 158.65 191.85 17.3%

28.90 14.49 2.70 5.49 50.14% 49.18% 33.25 158.66 191.92 17.3%

28.92 14.50 2.70 5.50 50.14% 49.09% 33.28 159.06 192.34 17.3%

28.90 14.48 2.70 5.50 50.10% 49.09% 33.23 158.95 192.18 17.3%

28.99 14.49 2.70 5.50 49.98% 49.09% 33.25 159.45 192.70 17.3%

En base a estos resultados se instala un filtro en la salida de este rectificador para eliminar la componente AC en el sistema de protección catódica y reducir la posible afectación a los recubrimientos. Se realiza una nueva prueba en la salida del filtro y se comprueba que la componente AC ya no es detectable como se puede observar en la figuras 6 y 7.

Figura 6: Presencia de Corriente AC en Salida de Rectificador Antes del Filtro

Para el 2014, está pendiente la realización de un estudio del estado del recubrimiento externo para verificar si se ha logrado frenar el incremento en la cantidad de fallas con la utilización de una corriente de protección sin componente AC.

Figura 7: Eliminación de Corriente AC en Salida de Rectificador Después del Filtro

SISTEMAS DE MONITOREO EN TIEMPO REAL DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA En 2012, luego de un análisis de las opciones disponibles para sistemas de monitoreo remoto de protección catódica las áreas de Integridad Mecánica y Automatización del Departamento de Mantenimiento inician con la implementación del proyecto en el oleoducto secundario de diámetro 24’’ y longitud 136 Km entre EPF6 y Lago Agrio. Se decide comenzar con este oleoducto debido a su alto grado de importancia dentro de la operación. El sistema de monitoreo de la protección catódica que fue instalado para el oleoducto EPF – Lago incluyó el monitoreo de las condiciones operativas de los dos rectificadores ubicados en el EPF y SRF7 respectivamente. Adicionalmente se instalaron 10 puntos de monitoreo de potencial del oleoducto con respecto a la celda de cobre – sulfato de cobre en las válvulas, lanzadores y recibidores (Figura 8). Instalación de monitoreo remoto de Rectificadores3. El sistema de monitoreo de rectificadores se compone de dos módulos, uno para la adquisición de datos y el otro destinado a las tareas de interrupción de corriente. El módulo de adquisición de datos registró los parámetros operativos Tensión de salida (VDC), Corriente de Salida (ADC) y Falta de alimentación en alterna en los rectificadores. El dispositivo para la interrupción de corriente permitió realizar las mediciones de potenciales ON/OFF, y programar los parámetros del ensayo como son la hora del inicio/finalización del ensayo y la duración de los ciclos ON/OFF (0.05 segundos a 60 segundos). Desde el rectificador se tomaron las señales de tensión de alimentación en VAC, tensión de salida en VDC, tensión en el shunt8 mVDC. Estas señales se transmitieron a la placa de monitoreo mediante 3 pares de cables AWG #14(Referirse a Figura 9).

6 EPF: Facilidades de Producción de Eden.

7 SRF: Facilidades de Bombeo de Shushufindi.

8 Shunt: Resistencia de valor conocido (A/mV) que permite la medición de corriente (A) a través de voltaje (mV)

Figura 8: Ubicación de rectificadores y puntos de monitoreo de potencial en oleoducto

24’’-EPF-Lago Agrio

Figura 9: Esquema de Instalación de Sistema de Monitoreo Remoto de Rectificadores

El sincronismo de las interrupciones de corriente se realizó mediante un equipo GPS instalado en la misma placa de adquisición de datos. La interrupción de la corriente se lleva a cabo mediante un relé de estado sólido 100V-100A, y la misma puede ser realizada en el cable anódico o catódico indistintamente. La placa de control de los rectificadores se instaló en un gabinete de acero inoxidable, tipo Nema 4X, montado a un lado del rectificador. El protocolo de comunicación que utiliza esta placa, es a través de un bus RS4859 de 2 hilos, Modbus10, en modo RTU11, 9600 Baudios, 8 bits, sin bit de paridad y 1 bit de stop. Finalmente, se estableció una configuración de comunicación Modbus entre el rectificador y un PLC/RIO12 cercano al mismo, con el fin de monitorear los parámetros antes mencionados; así como también, para realizar las pruebas de ensayos. El PLC utilizó una tarjeta de comunicación Modbus. Instalación puntos de monitoreo remoto de potenciales (tubería – suelo)3. La señal de potencial se tomó directamente entre el electrodo de referencia y la tubería. Esta señal se vincula a la placa de adquisición de datos, a través de 1 par de cables AWG #14. Referirse a figura 10 a continuación.

Figura 10: Esquema de Instalación de Sistema de Monitoreo Remoto de Potenciales

9 RS-485: Estándar que define las características eléctricas de controladores y recibidores.

10 Modbus: Protocolo de comunicación serial Maestro-Esclavo.

11 RTU: Unidad de Terminal Remoto.

12 PLC/RIO: Controlador Lógico Programable / Panel de Entradas y Salidas Remotas.

Para la medición de los potenciales tubería/suelo se instaló un electrodo de referencia permanente de Cu/CuSO4 con una membrana retenedora de humedad. También se conectaron dos cables HWMPE13 AWG#8 a la tubería. En cada punto de toma de potencial se instaló una caja de interconexión para los cables provenientes del electrodo de referencia y la tubería, tipo Nema 4X de acero inoxidable con la placa de adquisición de datos. La señal entregada por la placa de adquisición de datos es de 4-20 mA y se conectó con los tableros existentes en los contenedores de las válvulas. En el sistema HMI14, para el monitoreo de procesos del Bloque 12, se configuró una nueva pantalla (Figuras 11 y 12) destinada para el monitoreo de los potenciales y configuración de los parámetros de prueba para los rectificadores. Los datos requeridos y configurables por el sistema de monitoreo remoto son: Compensación GMT, Tiempo de inicio, Tiempo de finalización, Tiempo encendido (ON), Tiempo apagado (OFF), Tipo de prueba (única o diaria).

Figura 11: Pantalla HMI para el Sistema de Monitoreo Remoto de la Protección Catódica Modo de Prueba Habilitado, Potenciales OFF

13 HMWPE: Polietileno de alto peso molecular.

14 HMI: Interfaz Hombre Máquina.

Figura 12: Pantalla HMI para el Sistema de Monitoreo Remoto de la Protección Catódica Modo de Prueba Deshabilitado, Potenciales ON

CONCLUSIONES La instalación de rectificadores adaptativos permitió reducir a cero la componente AC en la salida de los rectificadores utilizados para la protección catódica de los oleoductos.

Se debe realizar un nuevo estudio indirecto del estado del recubrimiento externo en 2014 para evaluar si se ha reducido el porcentaje de incremento de indicaciones con el uso de una corriente de protección catódica sin componente AC. Los sistemas de monitoreo remoto de protección catódica permiten visualizar en tiempo real los datos de operación de los rectificadores por lo que se deben establecer alarmas que permitan actuar de manera inmediata en caso de que se produzca una falla en estos equipos por falta de alimentación o una sobre corriente. El monitoreo remoto de potenciales de protección catódica permite conocer de manera rápida el comportamiento de éste sistema utilizado para el control de la corrosión externa y tomar decisiones de manera temprana en caso de que se detecten desviaciones con respecto a los criterios de protección recomendados por las normas aplicables según el tipo de estructura que se esté protegiendo.

Se evidenció falta de confiabilidad en la configuración y transmisión de datos en el proyecto inicial que utilizó un protocolo de comunicación Modbus-Ethernet15 entre el módulo de adquisición de datos del rectificador y el PLC por lo que se decidió establecer una comunicación únicamente Modbus superando el problema antes mencionado. La posible causa para este inconveniente es que el protocolo Ethernet utilizaba un modelo probabilístico para la trasmisión de datos mientras que el protocolo Modbus utiliza el modelo determinístico.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su gratitud al Departamento de Mantenimiento de Petroamazonas EP por su constante soporte para el desarrollo de este importante proyecto. Adicionalmente, los autores agradecen a NACE Internacional por el entrenamiento, asi como normas e información técnica que fue proporcionada para el desarrollo de este estudio.

REFERENCIAS [1] C. Melo, F. Bedón, Evaluación de Integridad de Ductos mediante Inspección con

Herramienta Instrumentada (ILI) y Evaluación Directa de Corrosión Externa (ECDA) en Petroamazonas EP – Ecuador, Séptima Jornada Andina de Ductos, ACIEM, Bogotá, Colombia, 2012.

[2] C. Melo, Reporte (270-12-B12) ECDA Ducto 18’’-EDYG-EDYD, Mantenimiento,

Integridad Mecánica, Petroamazonas EP, Bloque 12, Ecuador, 2012. [3] H. Recalde, D. Gordillo, C. Melo, Informe Técnico de Instalación de Sistema de

Monitoreo Remoto de la Protección Catódica Oleoducto 24’’-EPF-Lago Agrio, Mantenimiento, Automatización - Integridad Mecánica, Petroamazonas EP, Bloque 12, Ecuador, 2013.

15 Comunicación Ethernet: Protocolo de comunicación Probabilístico.