Mediciones Fiscales de Petroleo - Materia

MEDICIONES FISCALES Y OPERATIVAS DE PETROLEO

•Sistemas de Medición de petróleo. Conceptos básicos y generalidades.

•Normas y regulaciones. Jerarquía de la medición

•Mediciones Estáticas. Conceptos básicos. Tanques de almacenamiento.

•Medición Dinámica. Generalidades de los medidores de flujo. Tipos más

usado para crudo: turbinas- desplazamiento positivo- másicos.

•Computadores de Flujo. Arquitectura y reporte. Unidades LACT.

Sistemas de calibración (probadores)

Alcance de la Materia

•2 Parciales con su respectivo Recuperatorio.•Se aprueba el parcial con nota 4 (60%), se corrige además prolijidad.•Para Promoción aprobar el parcial con nota mayor o igual a 7 (80%).•Los aprobados en Recuperatorio no van a promoción.•4 Trabajos Prácticos aprobados para la cursada y promoción (se observa trabajo completo, y prolijidad para la nota).

Método Evaluativo

Lease: En la ubicación del productor Automatic: Sin intervención manual Custody: Venta de producto dentro de norma Transfer: Transferencia entre partes

Es un conjunto de equipos montados sobre un skid con el propósito de controlar la cantidad y calidad del producto (líquido) transferido entre las partes involucradas.

Está compuesto en general por tres partes fundamentales: •Unidad de rechazo; equipo de seguridad de la calidad de producto respecto al porcentaje de agua. •Unidad de medición: Punto donde se realiza la medicion por alguno de los métodos. •Unidad de calibración: Equipo patrón de contrastación con el medidor.

ULACTExisten equipamiento adicional, referida a la seguridad y a la calidad de producto.

Sistemas de medición de Petróleo

Los sistemas de medición son variados, cada sistema tiene la finalidad de entrega de producto con la conformidad de las partes intervinientes, así como la reglamentación vigente en cada caso. Permitiendo establecer reglas claras de medición y control de la entrega. En general intervienen más de las dos partes, como por ejemplo organismos provinciales o nacionales.Tenemos dos sistemas principales:

•Sistemas de medición estático.•Sistemas de medición dinámico

Sistemas de Medición Estático

En estos tipos de sistema la entrega es discontinua, dado que se basa en la entrega de volúmenes de tanque, con el producto dentro de especificación (porcentaje de agua, contenido solidos y sales).

Sistemas de Medición Estático

Consideraciones;•Diferentes tipos de tanques de entrega, •Equipamientos asociados,•Métodos de medición•Métodos de cubicación (tablas de aforo).•Corroboración de la calidad del producto (laboratorio), •Como la toma de muestra representativa, métodos de lectura de datos para Compensación de temperatura de líquido y deformación de tanque.

Sistema de Medición DinámicoEn este tipo de sistema de medición, el conteo de volumen es en tiempo real, que indica todo el producto es contado en el punto de medición. Como ventaja no requiere receptores de almacenamiento grandes, dado que el batch puede estar en proceso mientras el proceso de planta PTC esta en marcha.

Sistema de Medición DinámicoTenemos diferentes opciones de técnicas de medición en tiempo real.

•Medidores de caudal volumétrico (PD) •Caudal másico (Másico) •Medidores de velocidad de flujo (MU)•Turbinas

Sistema de Medición DinámicoSelección de Instrumentación básica y equipos electrónicos.•Transmisor de temperatura.•Transmisor de presión.•Densímetros en línea.•Muestreadores.

Sistema de Medición DinámicoDiseño, montaje y cumplimiento de normas API MPMS.•Cumplimentación de las normas de construcción y montaje, como disposición de equipos y tomas de proceso, válvulas, codos y T en puente.•Cumplimentación de las normas de adecuación de trabajo como puede ser caudales de trabajo, acondicionadores de flujo, mezcladores.

Sistema de Medición DinámicoDiseño, montaje y cumplimiento de normas API MPMS.•Filtros, desgasificadores.•Válvulas de doble bloqueo•Bypass de medidores•Concepto de punto de medición y ramales de medición

Sistema de Medición DinámicoConfiguración de los medidores en computadores de flujo.

•La configuración de los computadores va de acuerdo a los tipos de medidor seleccionado y de la instrumentación disponible.•Selección de las compensaciones correspondientes a MF, KF, CPL, CTL entre otros.

Sistema de Medición Dinámico

Sistemas de control distribuido, lazos de control•Sistemas de control de medición, de fallas, reguladores de presión.•Unidades de Rechazo.•Válvulas de retención.

Sistema de Medición DinámicoProbadores, corridas de calibración, liquidación de tickets.•Tipos y funcionamiento de los probadores.•Operación de los probadores. •Cantidad de corridas y repetibilidad.•Parámetros de incidencia en la liquidación de tickets.

Sistema de Medición DinámicoControl estadístico del factor del medidor.•Seguimiento estadístico de los factores de medición.•Linealizacion de los medidores.•Seguimiento estadístico de Grab Factor y Performance Factor.

Mecánica de los Fluidos

Caudal Volumétrico (Q): Es el volumen de fluido que pasa por un determinado punto de la cañería en una unidad de tiempo.

Puede expresarse como:

Mecánica de los FluidosSe puede ver que, como el diferencial de volumen es, el área por delta x (delta distancia). Entonces se observa que diferencial de distancia sobre tiempo es la velocidad. Ejemplo m3/min = m2*m/min

Caudal Másico (W): Es la masa de fluido que pasa por un determinado punto de la cañería en una unidad de tiempo. El medidor por excelencia de masa es el sensor de coriolis.

Mecánica de los FluidosIndica que el caudal másico es el caudal volumétrico por la densidad o el área por la velocidad por la densidad. O si tenemos el área del puente, determinamos la velocidad y la densidad podemos obtener el caudal.

Densidad: La densidad de un fluido está definida como la relación entre masa y volumen.En general está expresada en g/cm³ o kg/m³.

Este valor se usa a condiciones estándar de temperatura y presión ( 15°C y 1 atm), y se usa la densidad del agua para obtener densidades relativas (1 gs/cc o 1000 kg/m3).

Por ejemplo, las densidades obtenidas de agua y petróleo de unas muestras de producto de una batería son;

Hay 2 formas de medir la densidad:Directa: Mediante algún instrumento como un densímetro.Indirecta: Mediante la obtención de los valores de volumen y peso.

Un densímetro, es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical. Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuyo frecuencia de resonancia está determinada por los materiales contenidos.

Mecánica de los FluidosGravedad Especifica: Se define como la relación entre la densidad del líquido o del gas, y la densidad del agua o del aire a condiciones estándar.Como es un cociente entre valores con las mismas unidades, es adimensional (no tiene unidades).

Se llama gravedad especifica o densidad relativa a Condiciones estándar (15°C y 1 atm).

Grados API: Fue definido como una indicación de cuán liviano es un petróleo comparado con el agua pura (densidad 1000 kg/m3 o SG = 1).

Si °API > 10: el petróleo es más liviano y flota en aguaSi °API < 10: el petróleo es más pesado y se hunde en aguaPuede calcularse a partir de la Gravedad (SG) específica como:

Habitualmente se utilizan las siguientes definiciones:Petróleo Liviano: °API > 31.1 (menos de 870 kg/m3)Petróleo Mediano: 22.3 < °API < 31.1 (870 a 920 kg/m3)Petróleo Pesado: °API < 22.3 (920 a 1000 kg/m3)Petróleo Extra-Pesado: °API < 10 (mayor a 1000 kg/m 3)

En general los más valorados son los petróleos con °API entre 40 y 45.Los que tienen °API mayor a 45 son menos valorados.

Debe quedar claro que la graduación API, indica una relación con el agua pura 1 gs/cc. A mayor grado API, mas liviana es el petróleo.A menor grado API, mas pesada es, y su proceso de refinación requiere mayor gasto energético.Las correcciones a diferentes temperaturas se realiza mediante tablas, formulas.

Expansión de los líquidos: La densidad de un líquido va a variar con la presión y con la temperatura. Como la mayoría de los líquidos son casi incompresibles, el efecto de la presión en general es despreciable y puede ignorarse.El efecto de la temperatura en la densidad para un líquido es menos notable que para un gas.La expansión volumétrica de un líquido puede calcularse como:

Donde β es el coeficiente de expansión cúbica del líquido, y debe ser consistente con las unidades de temperatura utilizadas.

Expansión de los líquidos:

•La densidad de un líquido va a variar con la presión y con la temperatura.

•Como la mayoría de los líquidos son casi incompresibles, el efecto de la presión en general es despreciable y puede ignorarse.

•El efecto de la temperatura en la densidad para un líquido es menos notable que para un gas.

Mecánica de los FluidosTablas de corrección por temperatura del volumen de líquido. Se observa que para crudo se toma la tabla 53A.

Table 54A: es una tabla generada y publicada y usada por API para la corrección de un observado volumen de un crudo de petróleo desde la temperatura observada a su volumen a 15 °C.Si el producto no es crudo de petróleo, entonces debe usarse otra tabla de corrección.Nuestro interés en la ecuación es corregir el crudo de un volumen observado a una temperatura dada a un volumen a 15 °C. Para usar las ecuaciones de la tabla 54A, se necesita la temperatura y la densidad base del petróleo.

La expansión volumétrica: En un sólido puede expresarse de modo similar al anterior, tomando la relación β=3α:

Donde α es el coeficiente de expansión lineal del sólido, y debe ser consistente con las unidades de temperatura utilizadas.Debido a que la temperatura afecta el área efectiva del caudalímetro, a veces pueden requerirse compensaciones que tengan en cuenta estos efectos, sobre todo cuando se necesita una medición de alta exactitud.

Los factores para determinados materiales se muestran a continuación, como factores de expansión lineal.

Mecánica de los FluidosPara las características del probador también se tiene en consideración los factores de expansión térmica volumétrica, para un computador de caudal OMNI.

Mecánica de los FluidosViscosidad Cinemática: Indica con qué facilidad el fluido puede circular. En general depende fuertemente de la temperatura. Es una característica del fluido.•Se simboliza como: ν.•Se expresa en centistokes (cSt).

Curvas de Viscosidad vs. Temperatura para aceites.

Mecánica de los FluidosViscosidad Dinámica (Absoluta): Es la forma más conveniente de expresar la viscosidad. Se define como la viscosidad cinemática por la densidad en condiciones estándar, o gravedad especifica.Se simboliza como: μ.Se expresa en centipoise (cP).

Algunos ejemplos (a temperatura ambiente):• Agua: 1cP, Miel: 300 cP, Manteca: 10.000 cP.Así como las variaciones de viscosidad en los líquidos debido a la temperatura son grandes, las variaciones con la presión son casi despreciables.

Perfil de velocidades: El perfil indica con qué velocidades está fluyendo el producto diferentes puntos de la cañería. Depende de:

•las fuerzas inerciales (que hacen que el producto tienda a fluir) y •de las fuerzas viscosas (que hacen que el producto tiene a circular más lentamente cerca de las paredes de la cañería).

Las alteraciones en la cañería, como codos, válvulas, reducciones, expansiones, colectores, etc. modifican el perfil de velocidades y determinan cuánto tarda en recuperarse.

Mecánica de los FluidosPerfil de velocidades: Las alteraciones en la cañería, como codos, válvulas, reducciones, expansiones, colectores, etc. modifican el perfil de velocidades y determinan cuánto tarda en recuperarse.

Perfil de velocidades: Se pueden diferenciar tres tipos de regímenes

•Régimen Laminar•Régimen Turbulento•Régimen de transición

Régimen Laminar:En este caso, las fuerzas viscosas son relativamente grandes, y hacen que el fluido circule a baja velocidad cerca de las paredes de la cañería.Teóricamente, el perfil de velocidades es parabólico.

Régimen TURBULENTO (desarrollado):En este caso, las fuerzas inerciales son mayores que las viscosas, y hacen que la circulación del fluido se vea menos afectada por el efecto de las paredes de la cañería (aunque siempre la velocidad será un poco menor junto a la pared).El perfil de velocidades es más uniforme.

Mecánica de los FluidosRégimen de Transición: El perfil de velocidades es muy difícil de predecir y tiende a ser inestable en el caso del régimen de transición, entre el laminar y el turbulento, ya que el fluido puede comportarse como en uno u otro régimen alternativamente.

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds:Muchos experimentos han demostrado que el perfil depende principalmente de cuatro factores:

• Densidad del fluido• Viscosidad del fluido• Velocidad de circulación• Diámetro de la cañería

Este número se define como la relación entre las fuerzas inerciales (cumple las leyes de newton) y la viscosidad, es dimensional:

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds:Se define como Rd para fluidos (gases y líquidos), es igual al producto de la velocidad, densidad, diámetro de caño y la viscosidad dinámica.

Laminar: RD < 2000Turbulento: RD > 4000Transición: 2000 < RD < 4000

LÍQUIDOS: Como en general las variaciones de caudal y densidad no son muy importantes, y el diámetro de la cañería es constante; el principal factor que afecta el Número de Reynolds para los Líquidos (y por lo tanto el perfil) es la viscosidad.El problema es que este valor es el menos conocido de todos y varía en varios órdenes de magnitud con la temperatura.

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds: Re 33.000.000

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds: Re 3.300.000

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds: Re 330.000

Mecánica de los FluidosNumero de Reynolds: Re 800

Cañerías y dimensiones:Para poder seleccionar adecuadamente un caudalímetro es necesario conocer las dimensiones de la cañería:

•Diámetro externo y espesor (schedule)•Diámetro externo e interno•Diámetro interno y espesor (schedule)

Cañerías y dimensiones:Hay que tener en cuenta que en general el diámetro nominal no es igual al diámetro real de la cañería. Para un mismo diámetro externo, el diámetro interno puede variar sustancialmente de acuerdo al espesor (schedule) de la cañería (sch40, sch80 ).

Mecánica de los FluidosUn ejemplo: poseemos 2 cañerías:

1) Diámetro 3" Sch 402) Diámetro 3" Sch 80

En base a norma ANSI B36; ambas son externamente idénticas, lo que las diferencia es su cédula, o sea el espesor de materia. La primera posee una cédula de 5.49 mm y la segunda una cédula de 7.62 mm. La segunda puede soportar un flujo mucho mayor y presiones bastante más altas, ya que posee más material.

Mecánica de los FluidosTabla de espesores según ANSI B36

Performance

Para evaluar el funcionamiento de un dispositivo de medición, hay que tener en cuenta todos los factores involucrados, como:

• Error• Repetibilidad e Histéresis• Linealidad• Exactitud• Turndown y Rangeabilidad• Estabilidad

Performance

Error: es una indicación de la diferencia de medicion entre el caudalímetro “real” y un caudalímetro “ideal”.

Puede estar dado en diferentes términos:• Porcentaje del caudal actual (indicación), porcentual del error en la medición con respecto a la indicación de un caudalimetro patrón.• Porcentaje del fondo de escala, porcentual del error en la medición respecto al rango total del instrumento.• Porcentaje del span calibrado, porcentual del error en la medición repsecto al rango de calibración.

PerformanceEs importante recalcar la gran diferencia de definiciones de errores que existe entre:

• Porcentaje del caudal actual (error constante)• Porcentaje del fondo de escala (porcentual de error variable)

PerformanceRepetibilidad

Es la capacidad del dispositivo de reproducir la misma indicación cada vez que las condiciones de proceso se repiten. Eso no implica que la indicación sea correcta !!!.

PerformanceHistéresis

Algunos dispositivos pueden tener errores de histéresis, en donde la indicación varía de acuerdo a si el caudal está subiendo o bajando.

PerformanceBanda Muerta

Se produce cuando el dispositivo no es capaz de detectar pequeños cambios en las condiciones de proceso, no puede discriminar si la medida ha cambiado.

PerformanceLinealidad

Es la capacidad de mantener una relación lineal entre el caudal y la salida del dispositivo (1).También suele llamarse “curva característica”. Se ve la grafica de E% vs Caudal (2)

PerformanceExactitud Compuesta

Es una medida de la combinación de los efectos de linealidad, repetibilidad e histéresis.A veces se llama simplemente “exactitud”.Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud medida.

PerformancePrecisión

Es la tolerancia de mediad de transmisión de un instrumentos y define los límites de errores cometidos (intervalo donde es admisible que se situé la magnitud de la medida).

Ejemplo:Un manómetro de escala 0-10 bar que repita la medida de 5 bar muchas veces en las mismas condiciones, dará diferentes lecturas alrededor de 5 bar, que estarán distribuidas según una curva de campana (curva de Gauss). El manómetro será tanto más exacto cuanto más próximo esté el valor medio de las medidas al valor verdadero de 5 bar y será más preciso cuanto menor sea la dispersión de las medidas. Por lo tanto, los instrumentos de medida estarán diseñados por los fabricantes para que sean precisos, y como periódicamente se descalibran, deben reajustarse para que sean exactos.

Performance

Turndown

Es la relación entre el máximo y el mínimo caudal que el dispositivo puede medir, manteniendo su performance.Por ejemplo, si el fabricante indica que el error del caudalímetro es de 0,5% del caudal entre 10 m³/h y 100 m³/h, el Turdown es 10:1.

PerformanceRangeabilidad

Es la relación entre el máximo y el mínimo fondo de escala en que el dispositivo puede ser configurado.Da una idea de la versatilidad del equipo.Por ejemplo, si el fabricante indica que el fondo de escala del caudalímetro puede programarse entre 20 lts/min y 100 lts/min, la Rangeabilidad es de 5:1.

Performance

Estabilidad a largo plazo

Es la capacidad del caudalímetro de mantener su calibración a lo largo del tiempo (habitualmente meses o años).En general está principalmente influenciada por el corrimiento del cero (zero drift).Indica cuán frecuente será necesaria una nueva calibración. O mejor dicho de una corrección de la medición.

Mediciones Fiscales de Petroleo - Materia

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