Fatima Fuentes Caicedo 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 Describir su importancia y desarrollo en la tecnología. Aplicación del monitoreo al SPC mejorado. Implantación del software. 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.

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

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

Evolución del Monitoreo 1922 Hoy

Sindrome del Control Remoto My Wife will attest to the fact that I am afflicted and has recommend therapy.

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. Talk about The basics: Data is Ones & Zeros Clearly if a zero is mistakenly received as a one we have a bad data.

RS232 +12v 1 1 1 0v -12v Mensaje 10101

RS232 +12v 1 1 1 1 0v -12v Mensaje 11101

Protocolo Incompleto Correcto Incorrecto Rechazado Linea de Teléfono RS232 Maestra Correcto Incorrecto Rechazado 11101 10101 Usuario Rectificador Unidad Remota

Protocolo en Vivo Correcto Re-Envío hasta que sea Linea de Teléfono RS232 Maestra 10101 Correcto Re-Envío hasta que sea 10101 Usuario Rectificador Unidad Remota

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

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 Control Monitoreo Control Analógico Digital Digital Analógico Mediciones Ajustar Revisar Apagar/Encender . Voltaje Salida de Electr. . Apagado/Encendido . Luz . Corriente . Intensidad de luz . Status de Válvula . Generador . Frecuencia . Flujo . Puerta abierta . Sirena . Temperatura . Temperatura . Alarma de Fuego . Regaderas . Velocidad de motor . Presión . Bajo combustible . Cargador . Hidrometría etc… . etc… . Válvula . Niveles . etc… 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, RP01-69-96 El criterio de potencial de inmunización del acero. El criterio que indica el potencial de protección

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

Resistividad eléctrica del terreno Tabla 3 Medición De Resistividad Electrical-Longitudinal LECTURAS R (W) RESISTIVIDAD (W -cm.)   OBSERVACIONES : Las mediciones a 0+350 y 0+400 son en playa. FECHA: 5/05/2001 2/24/2001 factor x Ohm p a R ABSCISA PK a = 150cm 300 cm. 500 cm. 150 cm. 300cm 0+000 (EB&R) --- -- 0+050 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 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 2638.94 0+350 1*0,23 1*0,02 216.77 188.50 62.83 0+400 (PLAYA) 1*0,14 131.95 PROMEDIO: 1191.56 1025.95 341.09 Ver Figura 2.1

Tabla 4 Medición De Resistividad Eléctrica- Transversal LECTURAS R (W) RESISTIVIDAD (W -cm.) 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 FECHA: 15/03/2001 factor x Ohm p a R ABSCISA a = 150cm a = 300 cm. 500cm 150 cm. 500 cm. 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*0,1 376,99 188,50 PROMEDIO: 700,58 345,58 240,86 LECHO # 2 10*0,13 1225,22 0+30 1*0,24 226,19 0+060 10*0,15 1*0,46 1413,72 867,08 314,16 0+090 10*0,14 1*0,44 1*0,14 1319,47 829,38 439,82 1046,15 518,36 Ver Figura 2.2

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 110V ·      Transformador de 440 a 110V

Ánodos Ánodos de Titanio platinado. Voltajes pequeños-corrientes grandes. Desgaste imperceptible 0.01g/A-año. Imax. 3000 A/m2 Figura 2.4 Instalación De La Cama De Ánodos

Figura 2.5 Encapsulación Epóxica Para Unión Y Sellado De Cables 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/ AgCl 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 By-pass de Oleoducto. Pruebas de aislamiento eléctrico.

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

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

Lo Esencial del Hardware Tarjeta expandible de32 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 datos de la computadora en señales telefónicas y viceversa. Incorporados Externos Procesador Pentium 32 MB RAM Min. 1 GB Disco Duro Mínimo Windows 95, 98, 2000 o NT Monitor a Color

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] CONFIGURADO 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] 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. Call Sequense [Secuencia de llamada]   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 2nd 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.

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. Your Data - Database issues 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 [mV] Pot. Protección [mV] Dic. 01 Ene-02 Feb-02 Mar-02 L 1 FUEL OIL 373 549 845 1140 L 2 536 720 880 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 1065 1219 L 8 DESLASTRE 643 747 824

Figura 4.6 Variación De Los Potenciales De Protección

Análisis de Datos Diferencia de 0.002V 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 73A y 6V en promedio, una vez obtenida el proceso de estabilización y distribución uniforme del sistema.

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

Conclusiones El sistema se puede tener en funcionamiento las 24 horas del día, teniendo una capacidad de más de 690.000 lecturas. 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. 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 El monitoreo brinda un fácil acceso al personal técnico autorizado, sin necesidad de que tenga conocimientos avanzados en computación. 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 Realizar un mantenimiento periódico para verificar el correcto funcionamiento y operación. Se recomienda el uso de sistemas de comunicación por medio de radio o celular, que permitan una comunicación continua para futuras instalaciones. 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 Ampliar las variables de inspección. 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. Ampliar sus posibilidades instalando una tarjeta de control digital que permita apagar y encender el rectificador desde la estación principal.

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