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| NIVELIMETRIA >
Nivelimetría en Grandes Tanques |
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SELECCION DE LA MEJOR TECNOLOGIA A quién haya tenido que trabajar con todas las tecnologías disponibles para este tipo de medición resulta claro que ninguna de ellas es la óptima para todas las aplicaciones.
Para medir Movimientos y Operaciones se puede utilizar masa o volumen. El volumen puede ser derivado de la medición de nivel, mientras que la masa se puede medir en forma directa - - por medio de transmisores de presión. Cuando la medición se necesita para la operatoria diaria interna de un parque de tanques, o para programar operaciones de blending, usualmente no necesita ser demasiado exacta. En estos casos la pérdida ocasionada por el aprovechamiento menos eficiente de la capacidad de almacenamiento se ve, de alguna manera, compensada por la instalación de instrumentos menos costosos - - aunque a veces tampoco es tan así. En todos los casos la facilidad de mantenimiento juega un rol importante en la selección.
En cualquier refinería o industria química o petroquímica la contabilización prolija de su inventario es un requerimiento importante para determinar costos y facturación. Los sistemas modernos de control distribuido con su creciente cantidad de paquetes de aplicación y progresivo mejoramiento en la comunicación de datos desarrollan su funcionalidad más y más hacia la automatización completa del parque de tanques. Un control de inventario se puede hacer también por masa o volumen. Sin embargo ni el control por volumen solamente, ni el control por masa solamente, constituyen una solución suficiente debido a que no es infrecuente que las entradas y salidas de una misma planta tengan que ser medidas contemporáneamente en unidades distintas - - e incompatibles - -como son volumen y masa! Lógicamente siempre se han hecho conversiones de volumen a masa y viceversa, utilizando la temperatura y/o la densidad del producto como factores. Desde los albores de la industria del petróleo se han empleado varillas graduadas en litros y anotaciones en cuadernos - - pero los descuidos, y los errores, tanto en las mediciones, como en las conversiones, han provocado pérdidas en muchas operaciones - - y ganancias en otras.
En el caso de las grandes terminales y plantas de almacenamiento, que reciben y despachan enormes volúmenes todos los días, pequeños errores en la medición de todos los días, pueden provocar grandes pérdidas, o ganancias, financieras. Y el éxito o la bancarrota de Terminales intermediarias. En la mayoría de los países la contabilización de entradas y despachos de producto tiene que cumplir con rígidos reglamentos aduaneros e impositivos. Para que la facturación en base a la medición de un instrumento sea aceptable a ambas partes, tanto la compradora como la vendedora, necesita tener certificación para “Custody Transfer”. Todos los medidores de Enraf tienen esta certificación.
En operaciones de Custody Transfer internacionales casi siempre se requiere que la facturación se haga en metros cúbicos a 15 grados Centígrados. Como consecuencia se necesitan siempre datos confiables para hacer la conversión. Hoy esta confiabilidad se obtiene de las distintas tecnologías en distintos grados - - que pasaremos a examinar. Para aprovechar la capacidad de almacenamiento de una planta, en su totalidad, la capacidad de cada tanque, hasta el último milímetro, debe ser utilizable comercialmente. Esto resulta posible con un sistema servo o radar pues pueden activar una alarma, o apagar una bomba, un milímetro antes del desborde. Destacamos, sin embargo, que el medidor servo-operado no es apto para productos que contaminan el cable de medición, el tambor de medición, o el desplazador. Para medición por servo el producto no debe cristalizar, depositar residuos pegajosos, o ser demasiado viscoso. En cambio se destacan verdaderamente sus ventajas en tanques presurizados, refrigerados o criogénicos. Productos volátiles blancos son más difíciles de medir por un radar debido a que sus vapores distorsionan la propagación de las micro-ondas utilizadas.
Además, el hecho de tener que colocar el segundo transmisor de presión a, por ejemplo, 2 m del fondo del tanque hace que por debajo de ese valor no se pueda medir la presión y, por ende el sistema no pueda calcular el nivel. Estas limitaciones físicas impiden el máximo aprovechamiento de la capacidad del tanque.
Muchos responsables de la industria petrolera han estado preocupándose recientemente por las consecuencias financieras y ecológicas de las filtraciones y pérdidas de producto. En los últimos años se nota un incremento en la toma de conciencia del impacto ambiental producido por las actividades de las industrias en general. La contaminación, causada tanto por derrames líquidos como emisiones atmosféricas, es tema de creciente atención y a nivel mundial muchas industrias están viendo la necesidad de implementar programas activos que acoten este riesgo. En algunos países de Europa ya se está volviendo obligatoria la recuperación, cuando se llena un tanque, de los vapores de hidrocarburos desplazados que históricamente se han venteado. Están obligando a instalar tuberías que los retornen al recipiente proveedor, ya sea en tanques fijos o en buques, vagones y camiones-cisterna. Mantener un control exacto de pérdidas, filtraciones y evaporación mediante un programa de conciliación preciso no solo protege el medio ambiente sino que permite identificar, y cuantificar, las causas de esas pérdidas, reducir costos - - y amortizarse. “La pérdida en una refinería se define como el stock total al final del último período contable más las entradas durante el período, menos las salidas durante el período, menos el stock total al finalizar el período, menos el consumo de combustible - - si lo hubo." E.R. Robinson, 1991
La matriz de incertidumbre detallada a continuación compara las ventajas de cada tecnología. Puede ser llenada, una para cada tanque, con valores absolutos o porcentajes. Para las actividades que vimos recién aparecerían, a primera vista, como adecuadas las siguientes tecnologías:
Si bien los sistemas híbridos, al combinar masa y volumen mejoran la confiabilidad y reducen las incertidumbres del balance general, en algunos casos pueden resultar innecesariamente exactos, e innecesario su mayor costo.
Cualquiera sea la tecnología que Vd. elija para un tanque, ella necesitará ser compatible con los requerimientos de los demás tanques.
Los Sistemas de Medición nacieron de la necesidad de sustituir la inexactitud y subjetividad del cuaderno y la varilla con datos confiables. Los métodos elegidos permitieron desarrollar prestaciones laterales, algunas de las cuales, si bien pueden parecer triviales al observador superficial, en cambio ofrecen funciones específicas cuyo verdadero valor se comprende sólo cuando se las utiliza.
Alarmas de sobrellenado ya son hoy un requisito esencial para la mayoría de los tanques. Originalmente se usaron alarmas independientes cuya respuesta es, en el mejor de los casos, siempre dudosa. Su testeo periódico es complicado y, en la práctica, a menudo imposible de hacer. Los sistemas de medición mas sofisticados que disponemos hoy en cambio utilizan un microprocesador que puede estar siempre atento a los puntos de alarma. Su performance se está monitoreando en forma continua y su comunicación bidireccional provee un completo y constante test de integridad. La facilidad de testeo remoto hace además que este tipo de alarma de nivel sea aún mas atractivo para la función primordial de aprovechar hasta el último milímetro la capacidad de los tanques sin arriesgar derrames. Las alarmas en los medidores de nivel del tipo servo o radar tienen una precisión de 1 mm, y representan, hoy, las tecnologías mas exactas para controlar rebalses mediante alarmas. El medidor servo Enraf 854 incluso tiene para ello una aprobación especial alemana. La función de aviso de alarma puede ser configurada por programación - - o realizarse mediante contactos secos de relé en el medidor mismo. Para aplicaciones muy críticas es posible incluso aumentar el número de contactos. Los medidores hidrostáticos HTG por si solos no pueden dar una protección tan confiable y precisa contra sobrellenado. Su exactitud en el cómputo de nivel es variable y tiende a subestimar el nivel del producto frente a cualquier forma de estratificación por densidad. Los HTG miden masa - - pero los tanques se desbordan por nivel. Una característica poco conocida de algunos transmisores de presión es la conveniencia, para no perjudicar su exactitud, de instalar siempre en un mismo tanque dos transmisores “apareados en fábrica”. Este requerimiento es difícil de respetar cuando se reemplaza un transmisor en el campo.
Hay químicos que se almacenan bajo agua, donde el agua actúa como membrana protectora. Muchos productos como naftas, JP4, crudo, y otros químicos contienen siempre agua, ya sea de manera libre, o mezclada, y ésta eventualmente sedimenta en los tanques, junto con el agua de lluvia que podría haber ingresado a través de techos flotantes. Esta agua debe ser purgada periódicamente para que no reste capacidad de almacenamiento - - y el nivel de su interfaz con el producto debe ser establecido con la misma exactitud que el nivel final del producto para que el cómputo de volumen sea exacto y confiable. Como consecuencia la correcta medición de la interfaz con agua es tan importante como la medición de nivel! La medición del agua puede basarse en una lectura progresiva de la conductividad - - o en base a la diferencia de densidad entre el producto y el agua o líquido de fondo. La segunda alternativa permite detectar esta interfaz aún si el líquido de fondo no es conductivo.
Cuando el producto se estratifica, las densidades de las distintas capas pueden variar significativamente dependiendo de los plazos de estacionamiento, las características del producto, los cambios de temperatura del aire y del viento, y de la acción del sol sobre los costados y el techo del tanque. Cuando se mide nivel con un servo o un radar en un tanque no presurizado, la medición puede verificarse fácilmente contrastando con cinta y pilón. En un sistema HIMS la comprobación de la medición de densidad promedio es muy simple porque el sistema nos la brinda determinada de dos maneras distintas: una calculada por inmersión del desplazador y otra computada dividiendo el volumen determinado (por el servo) por el peso según el transmisor de presión. En el sistema HTG la verificación de la densidad promedio requiere tomar muestras a distintas alturas del producto almacenado y su posterior análisis en laboratorio. Los productos almacenados suelen estratificarse ya sea en composición, y/o en temperatura y/o en densidad. Esto dificulta la medición cuando se pretende hacerla con Transmisores de Presión los cuales pueden brindar información sobre la densidad real observada en un punto, o en un sector, en un momento específico - - pero la determinación del perfil de la densidad, a través de toda la columna de líquido le permite a Vd. saber qué tiene dentro de su tanque. La distribución de las distintas densidades le permite saber cuando habría que recircular el contenido, si penetró mucha agua en las ultimas lluvias, si entró una partida mal rotulada, si se volatilizaron mas componentes livianos que de costumbre, entre otras. Los modernos medidores servo operados pueden medir densidad puntual, densidad promedio y además trazar un perfil a través de todo el nivel de producto mediante pesaje preciso del desplazador mientras es sumergido completamente. La pérdida de peso del desplazador se usa para calcular la densidad observada del producto en cada nivel. Un servo Enraf 854 mide la densidad en 10 puntos equidistantes, dentro de la columna de producto, cuando recibe el comando pertinente. La columna de producto se entiende desde la interfaz con el agua hasta el nivel actual. Sea ésta de un metro o treinta metros, siempre se divide en 10 sectores equidistantes. Una vez completada la medición tanto la densidad promedio como los valores individuales para cada nivel estarán inmediatamente disponibles para las aplicaciones del sistema de control.
Pequeños porcentajes de error causan grandes diferencias en el volumen calculado. Para que la determinación de la densidad no se vea distorsionada se necesita rigidizar la separación, y el ángulo, entre los transmisores P1 y P2 para que no se vayan corriendo a medida que se va llenando, y deformando, el tanque. Esto requiere cuidados especiales durante la instalación y suele ser difícil de lograr. En segundo lugar, los dos sensores de presión, que se instalan en el 20% inferior del costado del Tanque, pueden medir la densidad promedio en el volumen comprendido entre ambos - - pero la densidad por encima de P2 (transmisor superior) y por debajo del P1 (inferior) no se pueden medir por lo tanto no hay mas remedio que suponer que es la misma que existe entre los sensores de presión. Esta indeterminación se propaga, inevitablemente, a los cálculos de nivel y de volumen. Cuando el nivel baja por debajo del Transmisor P2 el sistema ya no puede medir densidad en ninguna parte por lo tanto supone que la última lectura sigue válida para todo el producto restante. Dependiendo del tiempo transcurrido, las características del producto, los cambios de temperatura del aire y del viento, la calefacción del sol sobre los costados y el techo del tanque, la infiltración de agua de lluvia a través de techos flotantes, las pérdidas y filtraciones en el piso, y la evaporación de los componentes mas livianos, todos van produciendo cambios en la densidad, y por ende discrepancias con el cómputo de volumen y nivel.
La medición de temperatura puntual, promedio y de la fase gaseosa puede ser combinada con todas las técnicas de medición existentes - - y es particularmente así en el caso de Enraf. La importancia de una exacta medición de temperatura para realizar el cálculo del volumen está suficientemente difundida. Incluso Enraf es uno de los pocos fabricantes de medidores de nivel que pueden ofrecer medición de temperatura multipunto en combinación con HTG.
Cuando se mide nivel en un tanque no presurizado, la medición puede verificarse fácilmente contrastando con cinta y pilón. Un chequeo remoto de repetibilidad, y de verificación del valor indicado, permite confirmar que un sistema está midiendo bién. Todos los medidores servo de Enraf de última generación están equipados con esta función de testeo, ideal para chequear la histéresis del medidor. Un servo Enraf 854 también puede chequear la referencia superior del medidor elevando el desplazador hasta que se topa con un punto, en la cámara de medición, previamente definido. Este test de calibración es repetible dentro de 1 mm. El HTG aún no dispone de esta función. Es conocido que, con el tiempo, en sus transmisores se van produciendo corrimientos del cero - - pero su magnitud no se puede determinar. La lectura provista debe ser aceptada … dado que la única posibilidad de chequeo reside en el reseteo del medidor. Habiéndose instalado con esclusas para corte y purga, este se soluciona mediante un mantenimiento preventivo frecuente que debería involucrar también la limpieza prolija de la zona adyacente para eliminar sedimentos obstruyentes. El éxito de un sistema HTG depende de un Mantenimiento constante, prolijo y responsable. En la rutina del trajín diario, en tanques exteriores, una rutina asidua y meticulosa no es fácil de lograr y tiene un costo que se va sumando todos los meses. Mientras tanto la lectura puede estar afectada y el caño vuelto a obstruirse. Lamentablemente no hay manera de desterrar las dudas en la exactitud de los resultados. Si Vd. requiere elevada exactitud en nivel y volumen un sistema HTG realmente no puede ser considerado la mejor opción. Los medidores servo proveen tanto la posibilidad de chequeo remoto de la repetibilidad como también chequeo de la referencia superior. La verificación de densidad, que puede hacer automáticamente el HIMS de Enraf, requiere la toma de muestras con verificación de Laboratorio en el HTG. Este cuadro compara las Prestaciones disponibles en los distintos sistemas.
Ya hemos repasado aplicaciones en donde se logran los mejores resultados con radares, otras con un sistema servo, otras con HIMS. Pero no son los de costo inicial mas bajo. En cambio el HTG es el sistema mas tentador por su bajo costo inicial, pero no siempre es posible utilizarlo. Aparte de los factores que contribuyen a la incertidumbre de su medición, algunos productos directamente son incompatibles porque producen cristales o sedimentos duros que afectan la lectura de las membranas, dentro de los Transmisores de Presión, muy rápidamente. En otras aplicaciones se producen congelamientos, en el producto o en las aguas condensadas, dentro de los conductos internos de los instrumentos, que originan lecturas erráticas. Tenemos evidencia de que esto ha ocurrido en la Planta de Repsol YPF en Cartagena, España. La esfera celeste tiene una temperatura aparente de 60 grados bajo cero y atrae, por radiación durante la noche, la energía absorbida por la tierra durante el día. Este es el motivo por el cuál se deposita rocío sobre los techos de los autos así como sobre todas las superficies expuestas al cielo. No se deposita los días nublados por que las nubes actúan como aislante. Se ha medido experimentalmente, en la Estación Experimental de Garston Inglaterra, que las temperaturas de estas superficies pueden estar 4 grados por debajo del aire circundante. Este congelamiento en los transmisores de presión aún en zonas templadas constituye una verdadera preocupación pero se puede evitar instalando calefactores eléctricos, o traceado de vapor. Esta opción encarece significativamente una instalación HTG cuyo mérito principal debería ser su costo moderado. En cambio, el posible congelamiento del Transmisor en una instalación HIMS es rápidamente detectada por cruce de información con el servo, y no preocupa.
Son productos óptimos para ser medidos por radares, aunque en ciertos casos también pueden ser medidos por servos. Algunos tipos de bitumen, almacenados en caliente, van formando paulatinamente depósitos sólidos sobre el desplazador y el cable de medición, y por lo tanto resultan inapropiados pues este problema incrementa el peso y tamaño del desplazador, puede traer errores y puede llegar a cortar el alambre de medición. HIMS con radares presenta tambien dificultades ya que los productos deben ser calefaccionados y la conexión al transmisor de presión, como se ha mencionado, tiene tendencia a obstruirse. EL crudo se mide preferiblemente mediante servo o radar ya que la frecuente presencia de agua, sedimentos, barros y grumos realmente trae demasiados problemas con HTG. El uso del HIMS, en cambio, si puede ser considerado, dado que el nivel se mantiene exacto independientemente de la performance del transmisor de presión. HIMS incluso puede advertir sobre un exceso de agua.
Desde que instaló el primer sistema poco después de la II Guerra, Enraf ha instrumentado las grandes playas de tanques, donde las distancias se miden en Km. Cuando las tormentas vienen, y los rayos caen, muchas instalaciones sufren. El problema menor puede ser el quemado de fusibles y de barreras de aislación galvánica que se emplean en los buses. Enraf ha adoptado un sistema de concentración de datos a Pié de Tanque que permite conectar tanques alejados centenares de metros tan protegidos que es inusual que sufran daños durante las mas violentas tormentas eléctricas. Todos los instrumentos de Enraf son intrínsecamente seguros o cuentan con transformadores de aislación que bridan protección segura frente a las descargas atmosféricas.
HTG tiene limitaciones importantes en productos con tendencias a la estratificación. Radar tiene problemas con ciertos químicos y cortes muy livianos cuyos vapores distorsionan la velocidad de propagación de las microondas y las superficies de separación entre el producto y sus vapores son menos definidas. Los mismos problemas ocurren en GPL y GNL, especialmente con el GPL almacenado a grandes presiones. HTG normalmente no es recomendable en
aplicaciones con GPL por la alta presión de operación, y en aplicaciones de
GNL generalmente imposibilitan su uso las bajas temperaturas y las aislaciones
del tanque que dificultan aún más la instalación de transmisores de presión. Matriz de aplicación según producto
Todas las técnicas de medición son aptas para algunas aplicaciones. La exactitud y la ausencia de mantenimiento son directamente proporcionales al costo de compra inicial: las técnicas mas sencillas como el HTG tienen un costo inicial menor, una exactitud menor y necesitan atención frecuente, mientras que las técnicas mas sofisticadas como la del Servo tienen un costo inicial mayor, pero su exactitud es superior, operan durante años casi sin atención y su exactitud incluso puede ser verificada remotamente. La amplia gama de tecnologías hoy a su disposición es generalmente más complementaria que excluyente porque se pueden emplear distintas tecnologías en distintos tanques según sean sus características y requerimientos de servicio - - siempre que sus señales sean compatibles con el Software de Medición y Control. El Entis Pro es la mas reciente versión del Software que desde hace 20 años se está utilizando en las mas grandes Playas de Tanques del mundo, algunas de las cuales son verdaderamente gigantescas, e Incluye todas las mejoras que usuarios de todo el mundo han solicitado a Enraf, en un entorno gráfico amistoso que corre bajo Windows - - con todos los adelantos que Windows permite. Es un paquete que está en permanente perfeccionamiento por un dedicado equipo de jóvenes programadores ubicados en Delft, Holanda, cuya única tarea es incorporar sistemáticamente todos los pedidos de mejoras, enviadas a ellos desde todo el mundo, por los operadores de Plantas de Almacenamiento y Despacho que reciben, almacenan, movilizan y entregan inverosímiles volúmenes todos los dias. Al Entis Pro Vd. le podrá agregar, el día de mañana, servos, radares, transmisores de presión, sensores de temperatura y sensores de interfaz como para poder obtener de cada tanque las nuevas prestaciones que necesita. El Entis Pro puede cambiar de tecnología en un instante: sólo tiene que indicarle cuál tecnología desea utilizar en cuál tanque y, a partir de allí ya está funcionando en esa tecnología. Si Vd. desea convertir un tanque medido con Servo a un Sistema HIMS basta instalar un transmisor de presión y luego indicarle al Entis Pro que a partir de hoy trabaje en HIMS. Si bien todo software es infinitamente perfectible, este programa de Enraf ha sido super experimentado, y super criticado. Está operando desde hace mas de 20 años en centenares de instalaciones, muchas de ellas gigantescas, que no pueden tolerar fallas ni demoras. Es uno de los mejores Sistemas de Medición e Inventario para Playas de Grandes Tanques del mundo. Probablemente el mejor. Los medidores Servo han sido perfeccionados considerablemente en los últimos años. Casi no necesitan mantenimiento y proveen operación continua sin problemas cuando son instalados, correctamente, en aplicaciones aptas. La cantidad de medidores Servo de Enraf instalados en las distintas plantas según se desprende de nuestro listado de referencias, le permitirá obtener opiniones válidas respecto a su inusualmente prolongado servicio sin fallas, a sus mínimos requerimientos en materia de mantenimiento - - y a la Asistencia Técnica y el Plan de Mantenimiento de Bruno Schillig, en muchos casos con mas de 20 años de antigüedad. Esta es una buena referencia de permanencia al pié del cañón. HTG, si está respaldado con un confiable servicio de mantenimiento, es el preferido cuando la masa es realmente la unidad de medida de intercambio, tanto para inventario como para movimientos en Custody Transfer facturados por peso. Pero no le pidamos mucha exactitud en nivel y volumen. Ninguna de las técnicas mencionadas es la panacea. Cada técnica tiene sus ventajas y desventajas. La posibilidad de una instalación mixta que pueda utilizar servos, radares, HIMS o HTG según los requerimientos operativos de cada Tanque provee óptima flexibilidad, utiliza de la mejor manera las fortalezas de cada técnica de medición, permitiría aprovechar la capacidad de los tanques con gran movimiento hasta su último milímetro - - y tener exacto conocimiento de posibles pérdidas por filtraciones en los tanques bajo sospecha. El día de mañana, si se cambia el empleo de un tanque, es bueno poder cambiar su tecnología de medición. Si sus necesidades de hoy pueden satisfacerse al menor costo instrumentando sus Tanques con medidores Servo y vainas termométricas multipunto, mas adelante podría convertir aquellos que necesitan mas exactitud en la medición de masa a HIMS. Esta conversión tiene un costo de unos $6 a 7.000 y no implica desperdicio alguno ya que ningún instrumento es descartado. Esta podría ser la alternativa que brinda mas prestaciones por el menor costo y comprende una inversión progresiva. La misma opción pero al revés, o sea
instalando un sistema HTG ahora, y convirtiendo a HIMS mas adelante mediante el
agregado de servos es también factible, pero una vez instalados los servos
sobrarían, en cada tanque, de 2 a 4 Hot Taps, y quizá se tenga que descartar
los Transmisores P2 (con sus calefactores si se instalaron), mas el Sensor de
Temperatura puntual y la Sonda para Medición de interfaz Agua/Producto, y
quedarían redundantes los eventuales detectores de sobrellenado. El costo
final, en materiales y mano de obra, para instalar tecnología HIMS por esta
vía sería mayor que si se la instala desde un principio - - o partiendo de una
instalación Servo. USUARIOS ENRAF atendidos por BRUNO SCHILLIG MEDIDORES de NIVEL y SISTEMAS de TELEMEDICION
MAS INFORMACION Alejandro Paulucci tendrá mucho gusto en alcanzarle mas información. Llámelo al 4730-1100 interno 132, o escríbale un e-mail a alejandrop@schillig.com.ar |
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