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Jul 31, 2023

Manejo de fluidos en ubicaciones remotas

En la industria del petróleo y el gas, bombas confiables pueden significar la diferencia entre una estación de compresión de gas eficiente y en pleno funcionamiento y un cuello de botella en el oleoducto. Los gasoductos de gas natural son a menudo

En la industria del petróleo y el gas, bombas confiables pueden significar la diferencia entre una estación de compresión de gas eficiente y en pleno funcionamiento y un cuello de botella en el oleoducto. Las tuberías de gas natural suelen estar remotas y alimentar una bomba y realizar el mantenimiento puede resultar difícil. Oakley Roberts de Ingersoll Rand explica la solución innovadora de la empresa.

En lugares remotos donde se extrae gas natural de la tierra, los gasoductos interestatales facilitan su entrega a las refinerías, que pueden estar a cientos de kilómetros de distancia. Los ductos de gas natural dependen de grandes motores para centrales eléctricas que comprimen el gas y continúan su transferencia por el ducto. Estos motores, ubicados cada 40 a 100 millas a lo largo del gasoducto, son fundamentales para la eficiencia de la transferencia de gas. Cualquier avería del motor compromete la integridad de la estación y puede provocar días o incluso semanas de inactividad y un importante revés financiero.

Mantener estos motores adecuadamente lubricados es una aplicación crítica para las bombas de diafragma. Los operadores de oleoductos dependen de bombas para hacer circular aceite y refrigerante a través de los motores para mantener una eficiencia óptima y evitar tiempos de inactividad. Cuando una estación de compresión se desconecta, las bombas evitan que el motor se bloquee asegurándose de que esté adecuadamente lubricado. Este proceso también es necesario para prelubricar el motor antes de volver a poner en funcionamiento una estación. Sin embargo, las aplicaciones de estaciones de compresión a menudo requieren que las bombas funcionen en áreas extremadamente remotas, lo que crea una serie de obstáculos que superar.

Tradicionalmente, los operadores han tenido dificultades para implementar bombas en estaciones de compresión sin una fuente de energía disponible. Las bombas neumáticas requieren la compra de un compresor de aire, que también debe funcionar eléctricamente. Se puede canalizar aire comprimido hasta el lugar, pero esto suele ser excepcionalmente caro. Si una bomba falla o funciona mal, los costos de mantenimiento también pueden dispararse. Es posible que no sea factible dotar de personal a una ubicación remota y pueden pasar días o semanas antes de que una bomba pueda volver a estar en funcionamiento. Debido a que las bombas neumáticas requieren maquinaria adicional, aumenta el riesgo de que el equipo se dañe o no funcione.

El entorno medioambiental también supone una amenaza para las bombas en lugares remotos. Las bombas en las estaciones de compresión suelen estar ubicadas al aire libre o en pequeños recintos donde están sujetas a las condiciones climáticas. Las fluctuaciones de temperatura y las condiciones climáticas extremas pueden causar estragos en el rendimiento. Si los materiales de construcción no se especifican correctamente, las bombas están sujetas a corrosión, degradación ultravioleta, calado y formación de hielo. Las bombas que funcionan alrededor de tuberías de gas natural también pueden crear un peligro para la seguridad cuando no se instalan correctamente, ya que el fluido que se mueve a través de la bomba crea una carga eléctrica que podría encender un medio inflamable como el gas natural.

Debido a la fuente de energía fácilmente disponible presente en la tubería, muchas estaciones de compresión ahora recurren a una opción más conveniente para sus necesidades de transferencia de fluidos: bombas de diafragma operadas con gas natural. En lugar de requerir un compresor de aire y una fuente de energía adicional, las bombas de diafragma que funcionan con gas natural crean un sistema autónomo extrayendo gas de la tubería y devolviéndolo al sistema de compresión. Con la llegada de estándares internacionales para regular la seguridad y la durabilidad, estas bombas ofrecen beneficios sustanciales a los operadores de tuberías.

En 2003, la Asociación Canadiense de Normas creó CSA 2.01, una norma diseñada para regular las bombas de diafragma que funcionan con gas natural. Entre otros requisitos, la norma reconoce las bombas que eliminan la descarga estática que podría causar que el gas ambiental se encienda. La norma estipula que las bombas certificadas por CSA deben contar con una correa de conexión a tierra para disipar las cargas eléctricas y crear condiciones de trabajo seguras.

Las bombas certificadas por CSA también se prueban en cuanto a rendimiento y durabilidad. Lograr la certificación requiere que las bombas aguanten 13.000.000 de ciclos sin fallas ni fugas. Todas las bombas certificadas por CSA deben completar las pruebas sin rotura del diafragma ni dislocación de ningún componente. Además, las bombas deben resistir pruebas de fugas a una vez y media la presión nominal. Los accesorios roscados también se prueban contra flexión y requisitos de torque especificados. La introducción de CSA 2.01 no solo estableció un punto de referencia de la industria para medir la calidad de las bombas de diafragma operadas con gas natural, sino que también ayudó a generar importantes innovaciones tecnológicas estratégicas para el manejo remoto de fluidos en aplicaciones de gasoductos.

La descarga de gases de escape es una de las principales diferencias entre las bombas accionadas por aire y las que funcionan con gas natural. Las bombas de diafragma estándar vienen con un silenciador que expulsa el aire comprimido a la atmósfera. Sin embargo, dado que el gas natural no puede liberarse a la atmósfera como el aire comprimido, las bombas que funcionan con gas requieren un escape con puerto que sea capaz de canalizar el gas y devolverlo al sistema de compresión. Las certificaciones CSA requieren un mayor nivel de ingeniería para garantizar que esta transferencia de gas sea completamente hermética.

El sellador de roscas en los sujetadores, una amenaza de fuga que a menudo se pasa por alto, también ayuda a mantener la integridad energética. El uso de un sellador en los sujetadores evita que las burbujas de gas escapen del motor durante el funcionamiento. Además de los obvios problemas de seguridad, las fugas de gas también crean problemas de eficiencia. Las bombas que pierden gas del motor producen caudales más bajos y requieren más energía. Las bombas certificadas por CSA brindan seguridad y eficiencia a los operadores de tuberías al garantizar un funcionamiento sin fugas.

La certificación CSA también exige que los fabricantes produzcan piezas y componentes extremadamente robustos y de alta tolerancia. Para ahorrar dinero, algunos fabricantes de bombas no exigen que sus piezas fundidas sean mecanizadas, lo que produce acabados superficiales inadecuados y provoca fugas a presiones más altas. Sin embargo, las bombas certificadas por CSA se prueban hidrostáticamente para detectar una explosión a cinco veces la presión nominal y se monitorean la reacción de los componentes.

En la carcasa de la válvula principal, los orificios mecanizados de alta tolerancia y los componentes de la válvula crean acabados superficiales redondos con espacios libres adecuados para el mecanismo de la válvula. Un acabado de superficie redonda permite que las juntas tóricas y las copas en U sellen a medida que la válvula se mueve, creando excelentes señales de cambio e integridad hermética a altas presiones. La certificación CSA también alienta a los fabricantes a utilizar una construcción totalmente metálica para una mayor durabilidad, ya que las carcasas no metálicas y de moldeo por inyección son susceptibles a la degradación por rayos UV y tienden a ser componentes de menor tolerancia. En las tuberías, las bombas totalmente metálicas ofrecen mayor confiabilidad a los operadores.

Los estándares CSA también exigen un espesor de pared superior en las carcasas de las bombas y diafragmas de alta resistencia. A medida que el gas natural hace que el diafragma se expanda, se crea presión en la bomba al evacuar la cámara de fluido. Para resistir las pruebas de fuerza de alta presión, las bombas de diafragma necesitan espesores de pared de entre 1/8 y 3/8 de pulgada, según el tamaño de la bomba.

Los diafragmas de las bombas deben construirse con materiales de resistencia superior a la flexión, como los elastómeros termoplásticos (TPE). Los TPE son más capaces de soportar la tensión y la presión creadas por el gas natural comprimido, lo que prolonga la vida útil del diafragma. Del mismo modo, los componentes que entran en contacto con el diafragma deben diseñarse y conectarse de manera que no debiliten el diafragma. Atornillado a la biela de la bomba entre dos arandelas grandes, el diafragma queda intercalado en su lugar. Los bordes afilados de estas arandelas de diafragma o las características sobresalientes de la carcasa de la bomba pueden desgastar una zona delgada del diafragma, provocando desgarros y rupturas con el tiempo. Para soportar 13.000.000 de ciclos y una avalancha de pruebas de presión, las bombas certificadas por CSA deben diseñarse cuidadosamente con superficies lisas.

Las bombas siempre deben funcionar a la presión óptima recomendada por el fabricante. Los técnicos deben utilizar un filtro regulador para evitar exceder las especificaciones del fabricante. Los técnicos también deben confirmar que el material de construcción de la bomba sea compatible con el fluido que se bombea. En aplicaciones de prelubricación y poslubricación, las bombas que utilizan diafragmas de santoprene pueden no ser compatibles con el aceite que se bombea. Los operadores de tuberías deben instalar bombas con diafragmas de Hytrel para un rendimiento óptimo donde se bombean fluidos lubricantes.

La presión de entrada es otra cuestión importante. Además de la compatibilidad del fluido, los operadores deben asegurarse de que la presión del fluido que ingresa a la bomba también cumpla con las especificaciones. El mantenimiento adecuado de las bombas que funcionan con gas natural se reduce a la presión de gas adecuada, haciendo coincidir los materiales de la bomba con los fluidos que se bombean y la temperatura del fluido. Seguir estas pautas ayudará a garantizar una vida útil más larga de la bomba.

En el futuro, la tecnología de monitoreo remoto seguirá desarrollándose, lo que disminuirá la necesidad de tener un técnico de mantenimiento en el lugar para monitorear el equipo. Esto se puede lograr mediante la integración de sensores y componentes del sistema tanto cableados como inalámbricos, de modo que el estado de la bomba pueda monitorearse regularmente. Estos sensores pueden emplearse en la detección de fugas a través de dispositivos de falla del diafragma, detección de ciclos, regulación de presión y garantía de que la corriente de fluido esté en las condiciones adecuadas a través de la presión y el flujo.