TESIS DE GRADO Fatima Fuentes Caicedo Monitoreo a

TESIS DE GRADO Fatima Fuentes Caicedo

“Monitoreo a Distancia del Sistema de Protección Catódica en las Líneas Submarinas del Terminal Petrolero de Balao-Esmeraldas”

Objetivo • Implementar un sistema de monitoreo remoto permanente, para la protección catódica de las 8 líneas Submarinas.

Metodología 1. Describir su importancia y desarrollo en la tecnología. 2. Aplicación del monitoreo al SPC mejorado. 3. Implantación del software. 4. Poner operativo el sistema y comparar los datos obtenidos.

INTRODUCCIÓN • 8 Tuberías de transporte de combustible construidas hace 20 años. • Sistema anterior colapsado (tuberías sin protección). • Mejoramiento de Sistema de protección catódica. • Sistema de monitoreo a distancia entre el TEPRE y Refinería.

1. MONITOREO Por qué ahora? • • Software de Alto Desempeño Hardware de Bajo Costo Avances en Comunicaciones Optimización de Recursos

Qué parámetros? • Los tres más comúnes en corrosión voltaje amperios potencial

Evolución del Monitoreo 1922 Hoy

Sindrome del Control Remoto

POR QUE MONITOREO • El Control de la corrosión requiere monitoreo periódico, que a través de la historia se ha llevado a cabo en el campo por mediciones directas. • Standards y Regulaciones exijen más y más monitoreo. • La tecnología y el medio de los negocios convergen en hacer el control y monitoreo remoto económicamente viable. • Uso eficiente de recursos.

Protocolo de Operación (DATOS) Quizá es el aspecto más ignorado y menos entendido en monitoreo remoto. Y es el más importante !

Protocolo de Operación (DATOS) • El protocolo de operación consiste en series de revisión de datos para asegurar la calidad de la información. • Sin el protocolo de datos, un bit de información incorrecta podría resultar en información completamente falsa.

RS 232 +12 v 1 1 1 0 v 0 0 -12 v Mensaje 10101

RS 232 +12 v 1 1 0 v 0 -12 v Mensaje 11101

Protocolo Incompleto Linea de Teléfono RS 232 10101 Rectificador Unidad Remota Maestra • Correcto • Incorrecto • Rechazado 11101 Usuario

Protocolo en Vivo Linea de Teléfono RS 232 10101 Maestra l l l Rectificador Unidad Remota Correcto Re-Envío hasta que sea Correcto 10101 Usuario

Tipos de Monitoreo a Distancia • • • Radio Teléfono Celular Satélites de orbita baja y geoestacionarios Fibra Óptica

Radio • - Costo inicial en Hardware • + Cobertura en ubicaciones remotas • + No hay costo mensual

Teléfono • - Disponibilidad en Lugares Remotos • + Económico Por Minuto • + Práctico

Celular • • - Costo Mensual - Falta de Cobertura + Bajo Costo de Instalación + Disponibilidad en Ubicaciones Remota

Satélite de Orbita Baja Satélite l + Disponibilidad en Ubicaciones Remotas l - Transmisión de datos por Internet l - No hay Comunicación en vivo l - Retraso en la Información Internet Rectificador Usuario Central de Control de Red Estación en Tierra

Satélite • - Costo • + Area de Cobertura • + Protocolo Completo • + Comunicación en vivo en dos sentidos

Fibra Optica + Agilidad + Trasmisión de información de acuerdo a ancho de banda. + Inmune a la trasmisión de inducción magnética e interferencia estática. + Resistencia a extremos ambientales. - Alto costo inicial y de mantenimiento.

Aplicaciones Industriales Monitoreo Analógico Control Analógico Mediciones Ajustar . Voltaje. Corriente. Frecuencia. Temperatura. Presión. Hidrometría. Niveles etc… Salida de Electr. . Intensidad de luz. Flujo. Temperatura. Velocidad de motor etc… Monitoreo Digital Control Digital Revisar Apagar/Encender . Apagado/Encendido. Status de Válvula. Puerta abierta. Alarma de Fuego. Bajo combustible. etc… . Luz. Generador. Sirena. Regaderas. Cargador. Válvula. etc… El número de Canales de Control y Monitoreo Remoto se puede incrementar a 480 conectados a un mismo modem

Tecnología a Implementar

Configuración General

2. Mejoramiento del SPC Descripción del Problema • Falta de un adecuado control de potenciales de protección del SPC, • Deterioro debido a la distancia y dificultad de acceso desde REE al TEPRE, • No se lleva un correcto control del estado de protección.

Criterios de Protección Criterios de NACE, RP 01 -69 -96 1. El criterio de potencial de inmunización del acero. 2. El criterio que indica el potencial de protección

Diseño del Sistema Catódico Tabla 2 LÍNEA Descripción De Las Tuberías LONGITUD(m) PRODUCTO N° 1 DIAMETRO (Plg) 20” 4300 FUEL OIL N° 2 14” 4300 FUEL OIL N° 3 10 4000 LPG N° 4 8” 4300 KEREX N° 5 12” 4300 DIESEL N° 6 12” 4300 GASOLINA EXTRA N° 7 10” 4300 GASOLINA SUPER N° 8 20” 4000 DESLASTRE

Resistividad eléctrica del terreno Tabla 3 FECHA: 5/05/2001 2/24/2001 ABSCISA PK Medición De Resistividad Electrical-Longitudinal LECTURAS R (W) RESISTIVIDAD (W -cm. ) 2 p a R a = 300 cm ---- factor x Ohm a = a = 150 cm 300 cm. 500 cm. ------ a = 150 cm. ---- 0+100 10*0, 62 10*0, 31 10*0, 12 2261. 95 2073. 45 628. 32 0+150 10*0, 3 1*0, 87 1*0, 2 2261. 95 1093. 27 345. 58 0+200 1*0, 46 1*0, 1 1*0, 04 113. 10 659. 73 408. 41 0+250 10*0, 77 10*0, 65 10*0, 27 716. 28 339. 29 314. 16 0+300 10*0, 12 1*0, 46 1*0, 1 2638. 94 314. 16 0+350 1*0, 23 1*0, 1 1*0, 02 216. 77 188. 50 62. 83 0+400 (PLAYA) 1*0, 14 1*0, 1 131. 95 188. 50 314. 16 1191. 56 1025. 95 341. 09 0+000 (EB&R) 0+050 PROMEDIO: OBSERVACIONES : Las mediciones a 0+350 y 0+400 son en playa. Figura 2. 1 Ver a = 500 cm. ----

Tabla 4 Medición De Resistividad Eléctrica- Transversal RESISTIVIDAD (W -cm. ) LECTURAS R (W) factor x Ohm 2 p a R a = a = a = 150 cm 300 cm. 500 cm 150 cm. 300 cm. 500 cm. ABSCISA LECHO # 1 0+000 ------0+028 10*0, 11 1*0, 28 1*0, 08 1036, 73 527, 79 251, 33 0+058 1*0, 73 1*0, 17 1*0, 07 688, 01 320, 44 219, 91 0+088 1*0, 4 1*0, 1 1*0, 08 376, 99 188, 50 251, 33 PROMEDIO: 700, 58 345, 58 240, 86 LECHO # 2 0+000 10*0, 13 1*0, 1 1*0, 08 1225, 22 188, 50 251, 33 0+30 1*0, 24 1*0, 1 1*0, 08 226, 19 188, 50 251, 33 0+060 10*0, 15 1*0, 46 1*0, 1 1413, 72 867, 08 314, 16 0+090 10*0, 14 1*0, 44 1*0, 14 1319, 47 829, 38 439, 82 PROMEDIO: 1046, 15 518, 36 314, 16 OBSERVACIONES: Se toman las distancias desde el punto de contacto en las tuberías. El lecho #1 esta antes del estero El lecho #2 esta después del estero Ver Figura 2. 2 FECHA: 15/03/2001

Selección del Sistema de Protección Catódica • El sistema representa gran demanda de corriente. • Facilidad de acometida eléctrica. • Vida útil superior a 20 años. • Neutraliza corrientes vagabundas provenientes de sistemas aledaños. Método de Corrientes impuestas

Instalación del Sistema Catódico Rectificador Tabla 10 Acometidas Eléctricas En La Caseta De La Estación Unidad Descripción Transformador Rectificador · Rectificador inmerso en aceite · Voltaje entrada: 440 VAC · Frecuencia: 60 Hertz · Fase: Three · Voltaje: DC 50 VDC · Corriente DC: 250 Amps · Tipo de cabina: A prueba de explosión · Material de cabina: Acero Pintado Malla · Barras de cobre · Tejido de alambre de cobre Acometida Eléctrica · Cajas de breakers para 440 y 110 V · Transformador de 440 a 110 V

Ánodos • Ánodos de Titanio platinado. • Voltajes pequeños-corrientes grandes. • Desgaste imperceptible 0. 01 g/A-año. • Imax. 3000 A/m 2 Figura 2. 4 Instalación De La Cama De Ánodos

Conexiones • Cable direct burial (HMWPE) 1/0, . • Pernos ranurados de cobre, grandes. • kit de encapsulaciones de resina para pernos ranurados, • Cintas autofundentes para garantizar u correcto sellado de las uniones y empalmes, • Soldadura cadweld tipo CAHA • Protectores de soldadura con bitumastic Figura 2. 5 Encapsulación Epóxica Para Unión Y Sellado De Cables Rncapsulación Figura 2. 6 Soldadura Cadweld

Potenciales de Medición • Cabezas de medición de potencial • Electrodos de referencia de Ag/ Ag. Cl SER-008 -SUB • Caja de shunt para los lechos de ánodos • Caja de shunt para las 8 tuberías • Caja de lectura para los electrodos de referencia. Figura 2. 7 Estación De Monitoreo

Juntas de Aislamiento Eléctrico • Se aísla completamente de sistemas aledaños • Instalación de jugos aislantes en zona de lanzadores y Bypass de Oleoducto. • Pruebas de aislamiento eléctrico.

Instalación del Hardware Confinamiento Primario • • Ultravioleta Agua Polvo - 40 a + 85 ºC

Unidad de Campo Remota Modem Unidad de Procesamiento Fuente de Poder (110 V - 60 Hz) Terminales de Conexión Batería CAJA (IP 65, c/Seguro) Sensores y Actuadores Entrada de Comunicaión

Lo Esencial del Hardware • • Tarjeta expandible de 32 hasta 480 Canales Todos los canales tienen su propio Microprocesador No requiere programación en campo Aislamiento Eléctrico de Cada Canal – NO HAY TIERRA COMUN • Supresión de sobretensión eléctrica - ESD - Descarga Electrostática - EMP - Protección Electromagnética

Esquema Gráfico del Módulo

Conexiones al Hardware • Entrada de tuberías (-) y electrodos de referencia (+) • Cables con orden de colores y puntos para no cometer errores al cambiar la polaridad. • Fácil manejo Figura 2. 12 Caja De Conexión Al Módulo

Hardware de la Estación Principal • Modem. - Transforma los computadora en señales viceversa. - Incorporados - Externos • Procesador Pentium • 32 MB RAM Min. • 1 GB Disco Duro Mínimo • Windows 95, 98, 2000 o NT • Monitor a Color datos de la telefónicas y

3. Software de Monitoreo • • Tecnología nueva Acopio de datos en sitio Compatibilidad OLE Es el último eslabón en la cadena desde el proceso al usuario Figura 3. 1 Componentes Del Software

Configuración del Software • Panel principal • Crear modem en el puerto • Configuración del modem Figura 3. 2 Grupo De Programas

Parámetros de Instalación Tabla 12 Referencia De Los Parámetros De Comunicación Referencia Entrada Explicación Password [Clave] TEPRE Contraseña que será utilizada para autenticar el acceso. Installation Phone No. [Núm. Telefónico de la Instalación] 725337 El número telefónico a marcar para conectarse a la instalación remota. Modemgroup [Grupo de Módem] CONFIGU RADO El grupo de módem a usar para establecer una conexión. External [Externo] ü Si se selecciona, indica que la instalación no está conectada a un sistema telefónico interno. Set Device Time [Ajustar Hora del Dispositivo] ü Siempre que llame a la instalación remota, envíele la fecha y la hora actual.

Hold Line [Línea de Espera] 30 Seg. Duración mínima en la que el software Comanche mantendrá una conexión con la instalación. ¡Al seleccionar Permanente se mantendrá la línea por siempre! ¡Esto deberá seleccionarse solamente en casos de prueba! Modem Init [Inicialización del Módem] AT Cadena de inicialización que usará el módem de la instalación remota. Modem Dial [Marcación del Módem] ATDT Los comandos del módem requieren tonos al marcar a la estación principal Teléfono No. 1 / No. 2 700184 Números telefónicos primario y secundario para llamar a la estación principal. Si un módulo falla al marcar a la estación principal, utiliza el parámetro de secuencia de llamada para intentos posteriores de marcación. Ist Number y 2 nd Number [1º Número y 2º Número] se refieren al Teléfono No. 1/No. 2. El valor Delay [Demora] ajusta el tiempo de espera entre dos llamadas subsecuentes. Call Sequense [Secuencia de llamada]

Planificación de Alarmas • Manejo de alarmas automatizadas • Grupos de Trabajo • Administración de Responsabilidades Figura 3. 16 Grupo De Trabajo Y Calendario

Registro de Datos y Mensajes • Lecturas de potencial “on” • Selección de contactos a registrar • Ejemplo: Número de ciclos= n =10 Velocidad de muestra= V= 1 min. Duración= t= 5 min. Lecturas= n x t/ v= 10 x 5/ 1 Lecturas= 50 • Lista de Mensajes Figura 3. 17 Parametros De Medeción Referencia

Interfaz Gráfica • Herramienta para el proceso de controlar. • Ilustra y simplifica los procedimientos. • Conexión entre la estación principal y los objetos. • Se muestra la información necesitada por el usuario. • Interconexión entre las hojas de trabajo. Figura 3. 21 Visualización De Potenciales

Diagrama de Flujo de las hojas de Trabajo

4. Pruebas de Monitoreo y Resultados Se pone a prueba el funcionamiento en conjunto de todas las partes del sistema. • Puesta en Marcha • Manejo de Datos Obtenidos • Análisis de los Datos

Puesta en Marcha Realizada la implantación de cada uno de sus componentes: • Mejoramiento e instalación del SPC • Hardware con sus conexiones al SPC • Instalación y programación del Software Se puede poner en marcha el sistema completo.

Estación Maestra Figura 4. 1 Diagrama De Proceso Del SPC

Estación Principal • • Alternativa para obtener lecturas y mensajes Establecer conexión Enviar los parámetros al hardware Realizar las lecturas

Figura 4. 2 Sistema De Mensajes Figura 4. 3 Mensajes Procesados / Recibidos

Manejo de Datos • Herramienta útil para tener una apreciación estadística. • Exporta a programas de manejo de base de datos como son: Excel, Lotus 123, Quatro Pro, Dbbase, Access, Approach y otros. Figura 4. 5 Command Center Lecturas

• Una vez puesto en marcha el sistema y los datos obtenidos • Control de la variación del potencial desde su estado natural con respecto al tiempo.

Potenciales Eléctricos de Protección TUBERIA Pot. Natural [m. V] Pot. Protección [m. V] Dic. 01 Ene-02 Feb-02 Mar-02 L 1 FUEL OIL 373 549 845 1140 L 2 FUEL OIL 536 720 880 1041 L 3 LPG 641 662 900 1192 L 4 KEREX 570 831 1002 1174 L 5 DIESEL 580 911 1006 1101 L 6 GASOLINA EXTRA 667 710 974 1238 L 7 GASOLINA SUPER 733 911 1065 1219 L 8 DESLASTRE 643 747 824 900

Figura 4. 6 Variación De Los Potenciales De Protección

Análisis de Datos • Diferencia de 0. 002 V entre las lecturas en sitio y la Estación Principal. • Se mantiene la misma diferencia entre las mediciones realizadas en la caja de conexión al módulo y los Postes de potencial. • El monitoreo del V y A, registra valores continuos de 73 A y 6 V en promedio, una vez obtenida el proceso de estabilización y distribución uniforme del sistema.

5. Conclusiones 1. Las Líneas quedaron protegidas con niveles entre 900 y 1200 m. V y con el sistema de monitoreo activado. 2. La tecnología reduce el esfuerzo humano requerido para mantener funcionando un sistema de protección catódica mediante el monitoreo a distancia. 3. Elimina la necesidad que el personal viaje hasta las estaciones de prueba a tomar las mediciones.

Conclusiones 4. El sistema se puede tener en funcionamiento las 24 horas del día, teniendo una capacidad de más de 690. 000 lecturas. 5. El sistema de monitoreo Comanche quedó configurado de tal manera que notifique a través de una llamada de sonido tipo alarma y enviar mensajes al fax de los grupos de trabajo. 6. El programa permite un análisis exhaustivo sobre lo que esta ocurriendo en las tuberías y otorga a tiempo futuro datos estadísticos sobre el comportamiento del SPC.

Conclusiones 7. El monitoreo brinda un fácil acceso al personal técnico autorizado, sin necesidad de que tenga conocimientos avanzados en computación. 8. Resulta económico y rentable la implantación del SPC, un Software de alto desempeño con un hardware de bajo costo, avance en comunicaciones y la optimización de los recursos.

Recomendaciones 1. Realizar un mantenimiento periódico para verificar el correcto funcionamiento y operación. 2. Se recomienda el uso de sistemas de comunicación por medio de radio o celular, que permitan una comunicación continua para futuras instalaciones. 3. Se recomienda que cada vez que se realice soldadura en las tuberías, se desconecte los cables de entrada al módulo, ya que la descarga eléctrica podría ocasionar severos daños en el equipo.

Recomendaciones 4. Ampliar las variables de inspección. 5. La utilidad, funcionalidad y fácil manejo del programa permite que se aplique este sistema para otro tipo de estructuras, tales como: poliductos en tierra, oleoductos, tanques de almacenamiento, etc. 6. Ampliar sus posibilidades instalando una tarjeta de control digital que permita apagar y encender el rectificador desde la estación principal.

Recomendaciones 7. Realizar una tesis de grado para el control y monitoreo de los 60 tanques de almacenamiento de 40 m y 60 m de diámetro, en la Refinería Estatal de Esmeraldas. 8. Su utilización para otras variables de monitoreo y control en aplicaciones diferentes a la Protección Catódica.