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22-2643: “DIAGNÓSTICO Y ADECUACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) DE LA PLANTA PETROBOQUERÓN – DTT FURRIAL”

Gerencia de Servicios Eléctricos Oriente – DTT Furrial Doc. No.: BOQ-22-2643-001 Rev. A 291012 Página 1 de 99

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Memoria Descriptiva

22-2643: “DIAGNÓSTICO Y ADECUACIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA)

DE LA PLANTA PETROBOQUERÓN – DTT FURRIAL”

DOC. No. BOQ-22-2643-001

REV FECHA BREVE DESCRIPCION DEL CAMBIO PREPARADO POR REVISADO POR APROBADO POR APROBACION

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0 29/10/12 Emisión Preliminar

F. Ochoa/

J. Moros/

J. Rodríguez

J. Ramírez P. DeOliveira S. Velásquez

A 29/10/12 Emisión Final

F. Ochoa/

J. Moros/

J. Rodríguez

J. Ramírez P. DeOliveira S. Velásquez



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ÍNDICE GENERAL

1. ALCANCE 2. INSTALACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO 2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL 2.2. DESCRIPCION DEL SISTEMA ELECTRICO, PUESTA A TIERRA Y PROTECCION CONTRA DESCARGAS. 2.3. ANTECEDENTES. 3 JUSTIFICACION Y OBJETIVOS DEL PROYECTO 4 DISCUSION NORMATIVA 5. METODOLOGIA 5.1 ESQUEMA GENERAL 5.2 AUDITORIA EN SITIO 5.3 ANALISIS DE RIESGO 5.4 EVALUACION DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA EXISTENTE 5.5 EVALUACION DEL SISTEMA DE PROTECCION CONTRA RAYOS EXTERNO 6. RESULTADOS DE LA AUDITORIA EN SITIO 7. RESULTADOS DE LA EVALUACION DEL SPAT YSPDA 8. RESULTADOS DEL ANALISIS DE RIESGO 9. PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR EXTERNO 10. PROPUESTA DE ADECUACION DEL SPR INTERNO 11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



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ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1: Informe de Inspección en Sitio Anexo 2: Informe de Medición de Resistividad Anexo 3: Análisis de Riesgo Anexo 4: Diseño SPR Externo - Aplicación de la Norma IEC 62305-3



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RESUMEN EJECUTIVO

El presente informe se refiere al Diagnóstico y Adecuación del Sistema de Protección contra Descargas (SPDA) de la Planta Petroboquerón de PDVSA. Este estudio se solicita al INDENE-USB como parte del proceso de investigación de una serie de daños a los sistemas eléctricos, de instrumentación y telecomunicación presumiblemente ocasionados por actividad atmosférica en las inmediaciones de la planta. El estudio se realizó mediante 3 actividades: 1.- Inspección en sitio y verificación de conformidad normativa, 2.- Análisis de riesgo de daño asociado a la actividad atmosférica en conformidad con IEC62305 y 3.- Recomendación de acciones de mitigación de riesgo. Las acciones de adecuación específica del sistema de protección contra rayos se incluyen en un proyecto de adecuación (ingeniería de detalle) cuyas especificaciones, cómputos métricos y planos acompañan la presente memoria descriptiva. Inspección: De la actividad de inspección en sitio se encontró evidencia de potenciales transferidos debido a perturbación atmosférica a lo largo de todos los sistemas de control y potencia de la planta, cuyos efectos se manifiestan en forma de equipamiento dañado por sobretensiones. En el actual sistema de puesta a tierra y protección contra descargas atmosféricas se observan una serie de deficiencias que justifican la existencia de potenciales transferidos y los consiguientes daños al equipamiento sensible. A continuación se indican estas deficiencias para cada uno de los subsistemas del SPDA o El Sistema de Protección contra Rayos Externo (SPR Externo) se encuentra

visiblemente deteriorado y debido a los cambios estructurales de la planta en los últimos años. La disposición geométrica del SPR Externo no cumple con la función de captación de rayos y drenaje a tierra en forma segura de las descargas atmosféricas. En consecuencia existen múltiples estructuras (edificaciones, piperacks, sistemas de escape de gases, etc.) susceptibles de ser impactadas directamente por rayos. En este sentido, en las condiciones actuales, las instalaciones de la planta se encuentran fuera de los niveles de protección mínimos establecidos por la NFPA780 y IEC62305.

o El Sistema de Protección contra Rayos Interno (SPR Interno) de la planta consta

de varios arreglos de mitigación de sobretensiones mediante la existencia de dispositivos descargadores (arresters) en tableros eléctricos, así como la utilización de un sistema de puesta a tierra común tanto para seguridad como para referencia de señal en los espacios que albergan equipos sensibles, todo ello en conformidad con el Código Eléctrico Nacional y las normas de PDVSA N-201. No obstante se observaron algunas prácticas de puesta a tierra de equipos que no contribuyen a mitigar efectivamente los efectos de las sobretensiones sobre los equipos sensibles en condiciones de actividad atmosférica tanto directa como indirecta. Estas deficiencias se refieren a utilización de bajantes puesta a tierra aislados (cable verde/amarillo) en condiciones distintas a las establecidas en práctica recomendadas como IEEE 1100 y TIA 607.



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o El Sistema de Puesta a Tierra existente consiste en un anillo o electrodo único, calibre 4/0 AWG, enterrado a 50cm de profundidad que se presume recorre toda la extensión de la planta. La resistividad del suelo se encuentra en el orden de los 550 ohm-m y la resistencia del electrodo de puesta a tierra existente según planos es de 1.02 ohmios. No se encontró evidencia de electrodos separados, estando todos los sistemas de la planta (electricidad, telecomunicaciones, instrumentación y protección contra descargas) conectados a un electrodo común (único) en conformidad con lo establecido en el Código Eléctrico Nacional y las normas PDVSA N-201. No obstante, se observaron evidencias de falta de integridad en el electrodo de tierra debido a roturas no intencionales y algunas estructuras construidas posteriormente no disponen de electrodo de puesta a tierra. El sistema de conexionado al electrodo de puesta a tierra de estructuras y equipos se encuentra visiblemente deteriorado por la exposición a agentes corrosivos. La puesta a tierra y protección de los tanques de almacenamiento de sustancas inflamables se considera adecuada conforme a la normativa vigente.

Análisis de Riesgo: Como resultado de los datos obtenidos en la inspección y las condiciones actuales de exposición a descargas atmosféricas, se realizó un análisis de riesgo en conformidad con el procedimiento establecido en IEC62305. Los resultados del análisis se indican a continuación. o Las condiciones objetivas de operación de la planta permiten indicar que no se

encuentra en ninguno de los 4 niveles de protección establecidos en la norma IEC62305, siendo susceptible de impacto directo de rayo en estructuras no diseñadas para la conducción de corrientes a régimen de impulso.

o Los niveles de riesgo obtenidos en las condiciones actuales de protección de la

planta, conforme a IEC62305 son los siguientes:

Punto de Incidencia de la descarga eléctrica Efecto de la descarga eléctrica Nivel de Riesgo Actual

Pérdidas Humanas 0,009

Pérdidas en Servicios Esenciales 0,015

Pérdidas Económicas 0,100Impacto directo sobre la estructura

Los niveles de riesgo (probabilidad de afectación a personas, servicios y pérdidas económicas) obtenidos para el caso de impacto directo en la planta pueden considerarse elevados, no encontrándose ninguno de ellos dentro de los mínimos recomendados por los 4 niveles de protección establecidos en IEC 62305. Los resultados se justifican por las deficiencias encontradas en todos los subsistemas asociados al sistema de protección contra descargas atmosféricas, requiriéndose una serie de acciones para mitigar dichos riesgos. Acciones de Mitigación de Riesgo: A continuación se enumeran las medidas de adecuación necesarias para que los niveles de riesgo de daño asociado a actividad atmosférica se ubiquen en el nivel de protección más exigente según la referencia normativa, considerando la relevancia de la producción: o Elaboración de un proyecto de re-diseño y adecuación del sistema de protección

contra rayos externo cuya geometría permita cumplir con el máximo Nivel de Eficiencia (Tipo I, 98%) establecido en conformidad con IEC62305. Esta actividad implica la instalación de los sistemas de captación y su conexión al electrodo de



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puesta a tierra existente requeridos para cumplir las condiciones normativas. En este documento se incluye la elaboración del proyecto de adecuación del SPR Externo y en un documento separado se incluyen las especificaciones, cómputos métricos y planos requeridos para la ejecución de este proyecto. La ejecución de este proyecto se realiza de forma aproximada, por cuanto no se dispone de un levantamiento tridimensional de las estructuras de la planta, elemento indispensable para el correcto apantallamiento de las estructuras. Una vez que se disponga de información 3D de la planta Petroboquerón se deberá proceder a reevaluar el diseño del sistema de protección externo.

o En el proceso de modernización de los sistemas de control e instrumentación existentes, se recomienda para cada caso, la elaboración de un proyecto de adecuación específico del sistema de protección interno (SPR Interno) en conformidad con IEC62305.

o Elaboración de un plan de mantenimiento y adecuación de todas las conexiones de puesta a tierra de estructuras y equipos en toda la planta. En este documento se incluyen recomendaciones específicas para la adecuación del sistema de puesta a tierra de equipamiento sensible en la sala de control, sala de telecomunicaciones e instrumentación asociada a los pozos. La elaboración de un proyecto detallado de adecuación integral del sistema de conexionado a tierra de estructuras y equipos se encuentra fuera del alcance de este trabajo.

o Elaboración de un proyecto para la verificación de la integridad del electrodo de puesta a tierra de la planta Petroboquerón. Este proyecto está fuera del alcance de este estudio.

Los niveles de riesgo esperados una vez realizadas todas las acciones de mitigación que aseguren un Nivel de Protección I, conforme a IEC62305 son los siguientes:

Punto de Incidencia de

la descarga eléctrica Efecto de la descarga eléctrica

Nivel de

Riesgo

Actual

Factor de Mejora respecto

a la situación actual

Pérdidas Humanas 0,00018 50,00

Pérdidas en Servicios Esenciales 0,00021 71,42

Pérdidas Económicas 0,00018 555,5

Impacto directo sobre la

estructura Obsérvese que una vez realizadas las adecuaciones requeridas los niveles de riesgo previstos disminuyen ostensiblemente tanto para las estimaciones de pérdidas en vidas humanas, así como en servicios esenciales y productividad respecto a la situación actual, por lo que se recomienda diseñar un plan estratégico para lograr tal fin y preservarlo en el tiempo.



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1. ALCANCE

El presente documento contiene los criterios, análisis, cálculos y especificaciones desarrollados como parte del Estudio Diagnóstico y Adecuación del Sistema de Protección contra Descargas Atmosféricas de la Planta PetroBoquerón de PDVSA. 2. INSTALACIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO 2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL La instalación objeto de estudio corresponde a una planta de extracción de petróleo y gas localizada en el sector Boquerón, Edo. Monagas. La planta ocupa una extensión de 17500 m2 y su disposición general según se muestra en la Figura 1.

Figura 1 – Instalación Objeto de Estudio 2.2. DESCRIPCION DE LA PLANTA. PROCESO PRODUCTIVO Y SISTEMAS EXISTENTES La planta PetroBoquerón se encuentra en operación desde el año 2002. Posee una capacidad instalada de 30000b/d de producción de crudo, 150MMPCD de inyección de gas y 3000b/d de producción de agua. Actualmente el campo Boquerón tiene 15 pozos activos con una producción de crudo promedio mensual de 8000 b/d, 89 MMPCD de gas y 380 b/d de agua producida. El esquemático de la planta se muestra en la Figura 2. La planta posee un esquema de generación propio encontrándose desconectada de la red de distribución pública. La carga principal de la planta corresponde a la sala de compresores de gas. Las cargas asociadas a los pozos localizados en el exterior de la planta (ver Figura 3) se realiza mediante líneas de distribución 4 hilos (tres fases más neutro corrido) en 480V, alimentando cargas de instrumentación a través de



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transformadores trifásicos secos 480/208-120V. El diagrama unifilar general de la planta se muestra en la Figura 4.

Figura 2 – Esquemático de la planta Petroboquerón

Figura 3 – Localización de las cargas de instrumentación localizadas en el exterior de la planta

s

Wells

s

s

Multiple de

Prueba

VRU

Compresor LP

(3) Pozos

Inyectores

5 x IP / 3 x HP Compresores

IP/HP 350#

10000 #

IMPORT/EXPORT GAS Gas

Combustible

Separador IP

350 #

Separador LP

Tks de Almacenamient

o A La

Toscana

ACT Unit

40 #

s

Wells

s

s

Bombas Despach

o Enfriadores de Crudo

LP Enfriador

LP Scrubber

IP Enfriador

s

Wells

s

s

Múltiple de Media

Presión

Planta

Deshidratadora

de Gas

150

MMscfd

Bombas de Crudo

Calentador

de aceite

Separador LLP

/Deshidratador

5 #

PW Tank

s

Wells

s

s

Múltiple de

Alta Presión

Separador HP

HP Enfriador

HP

Scrubber

IP Scrubber

850 #

Bombas de Recirculació

n A Separador LLP

3100#

Agua Producid

a

Unidad

Tk Agua Prod

To La Toscana

Separador de Pruebas

8

Múltiple de Baja

Presión



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La alimentación de la planta es local, y está compuesta por dos turbo-generadores a gas, con potencia nominal de 4.75MW @ 4160V, las cuales poseen el neutro conectado a tierra a través de resistencia. Toda la energía generada es canalizada directamente a dos subestaciones: la subestación principal, constituida por 4 transformadores 4160/480V de 3MW cada uno; y a la subestación de compresores constituida por 2 transformadores 4160/480V de 2MW respectivamente. Todas las unidades de transformación poseen un mismo grupo vectorial: Dy11 sólidamente puesto a tierra en el lado de baja tensión. Adicional a los generadores, la planta cuenta un grupo electrógeno a diesel de potencia nominal 830kW @ 480V. La finalidad de ésta última es mantener a las cargas críticas en funcionamiento en caso de cualquier eventualidad que afecte a la generación local. La carga constituida principalmente por servicios industriales, procesos vinculados a la extracción de crudo, alimentación a pozos, compresión, enfriamiento, y servicios generales, consumen una potencia promedio de 2.5MW. La alimentación a los pozos de extracción de crudo se realiza a través de una canalización aérea trifásica con neutro corrido, a una tensión de 480V. Seguidamente en sitio se consigue mediante un transformador local Dy11 puesto a tierra disminuir el nivel de tensión a 208-120V. Por su parte, la canalización de los cables de potencia asociados a los procesos industriales (potencia, instrumentación y control), se realiza utilizando bandejas porta-cables ubicadas en el piperack.

Figura 4 – Diagrama Unifilar Simplificado de la Planta PetroBoquerón El diseño original de la planta contempló la construcción de un electrodo de pueta a tierra y un sistema de

protección contra descargas atmosféricas reflejados en la serie de planos 859-C00-E03-008 # 1 al



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15. Boquerón Flow Station Lighting Protection System, 859-C00-E03-006 # 1 al 15 Grounding and lightning protection system. No se encontraron las memorias de cálculo correspondientes a ambos sistemas.

2.3. ANTECEDENTES. El 9 de Agosto del presente año 2012, se presume que la planta PetroBoquerón fue impactada en forma directa por descargas atmosféricas que ocasionaron el paro forzoso del Turbogenerador G-101 y el consiguiente paro en el proceso productivo. Adicionalmente, en el proceso de levantamiento de producción se registraron daños asociados a los sistemas de automatización y telecomunicaciones de la planta. A continuación se describe un resumen de los daños:

• INSTRUMENTACION Turbogenerador G-0101: sensor de temperatura en el sistema de lubricación, sistema de gas combustible y detector de gas en cabina.

• DESPOJADOR DE LÍQUIDO LP. VS-1230: Daño en Trasmisor de nivel.

• SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTOS: Daño en Transmisor de presión e Interruptor de muy baja

presión.

• SISTEMA CONTRA INCENDIO: Daño en Trasmisor de presión y Válvula controladora de nivel.

• SISTEMA DE AGUA DE SERVICIO: Daño en Trasmisor de nivel.

• SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y DESPACHO: Daño en Trasmisor de nivel y Trasmisor de Temperatura.

• SISTEMA RECIBIDOR DE LIQUIDO: Daño en Trasmisor de presión, Sin incluir los instrumentos

asociados al Sistema de Fuego y Gas.

• SISTEMA ELECTRICO: daño en interruptor, relay (varios), apertura de fase en trasformador seco y afectación en sistema de iluminación de planta.

• AUTOMATIZACION: daño en panel de turbina, modulo de sincronización, módulos de rtd flex i/o,

modulo analógico entrada flex i/o y tarjeta de comunicación prosofot

• TELECOMUNICACIONES: daño en switch de comunicación, enlaces de microondas y convertidor de digital-analógico: OMNI-Flow.

En el Figura 5 se muestra la localización de las principales fallas ocurridas en la planta.

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