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Desafíos de Innovación 2021

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¿Cómo construir un sistema múltiple para filtración de crudos pesados con control automatizado y sistema de supervisión a través de una aplicación WEB desde dispositivo móvil?


Dirigido a: Empresa Participante, Centro de Desarrollo Tecnológico y/o productivo, Alianza Interinstitucional, Instituciones de Educación Superior con sus Grupos y/o Centros de Investigación.
Premios disponibles: $ 142,000,000
Fecha apertura: 23 de julio de 2021
Fecha cierre: 27 de agosto de 2021
Resultados preliminares: 22 de octubre de 2021
Resultados definitivos: 05 de noviembre de 2021
Caracterización Desafío 5 Adenda N1 - Desafío 5 Términos de Referencia Desafío 5 Versión 2
Requisitos según participante
Empresa Participante Centro de Desarrollo Tecnológico y/o productivo Alianza Interinstitucional Instituciones de Educación Superior con sus Grupos y/o Centros de Investigación

Antecedentes

Los hidrocarburos producidos de los yacimientos de petróleo pueden ser clasificados según sus características en gas seco, gas húmedo, gas retrógrado, aceites volátiles, black-oil, y finalmente los crudos pesados y extrapesados. Estos últimos representan la mayor parte de las reservas de petróleo en el mundo, estos hidrocarburos son más difíciles y caros de producir debido a su bajo API (Pesado < 22°API, extrapesado < 10°API) y su baja movilidad (altas viscosidades).

Como parte de la optimización en los procesos de producción y transporte de los crudos pesados y extrapesados, el centro de innovación y tecnología ICP realiza diferentes estudios y caracterizaciones con el fin conocer sus propiedades físico-químicas y determinar cuáles son las mejores estrategias a implementar en estos procesos. Para ello, es necesario contar con muestras representativas de estos hidrocarburos, es importante que los fluidos mantengan sus características originales, tales como viscosidad, densidad, composición, entre otras, y así poder obtener resultados confiables y que sean reproducibles en el campo de operación.

Uno de los mayores retos en el manejo de estas muestras, es lograr tener los fluidos libres de sedimentos, para ello, es necesario hacer pasar el crudo por un sistema de poros con un tamaño específico con el fin de retener la mayor cantidad de material sólido, el cual puede afectar los resultados y la integridad de algunos equipos. El proceso de filtración es muy susceptible a una variable muy importante de los crudos pesados y extapesados, su viscosidad; a mayor viscosidad mayor resistencia a fluir, por lo tanto, se tendrán unas tazas de flujo muy lentas a viscosidades más altas. Una de las estrategias para disminuir la viscosidad es aumentar la temperatura del hidrocarburo, pero muchas veces esto implica una pérdida de componentes volátiles en el fluido afectando así la integridad y representatividad de las muestras. 


Objetivos y Meta

 ·   Construir el sistema de filtración para crudos pesados   y generar e implementar una estrategia de control que permita la operación del equipo de forma automatizada, garantizando los límites operacionales de seguridad del equipo. El proceso debe ser visible a través de una interfaz interactiva, donde el usuario pueda supervisar y operar el proceso a través de un celular. El banco de filtración está constituido por 4 sets de filtrado, los cuales se conforman cada uno por un par de cilindros con sistema de free-pistón, el sistema de presión será controlado mediante una sola bomba de desplazamiento positivo reciprocante. Cada sistema contará con su instrumentación como válvulas de corte, electroválvulas, válvulas de relief, tubería, portafiltros, acoples, sensores de presión y sensores de volumen drenado. En estos momentos se cuenta con los planos y diseño de toda la parte estructural y características de los cilindros, sus soportes y demás instrumentos. El desarrollo del proceso de control debe realizarse mediante una serie de etapas las cuales se describen a continuación:

 

Ø  Etapa 1: Inicio del funcionamiento, selección de valores de presión y caudal, adicionalmente el valor de volumen esperado de filtrado para cada sistema.

Ø  Etapa 2: Apertura de electroválvula, presurización del sistema e inicio de desplazamiento del hidrocarburo a través del filtro.

Ø  Etapa 3: Se alcanza la presión de activación de válvula de relief en el cilindro receptor, la cual permite el drenado de fluido hidráulico hacia los recipientes de cuantificación de volumen

Ø  Etapa 4: Se registra la cantidad de fluido filtrado en cada uno de los sets, los cuales serán visibles en la interfaz. El sistema tomará la decisión de cerrar o abrir la válvula según el diferencial de presión o cantidad de fluido filtrado.

Ø  Etapa 5: En caso de una sobre presurización del sistema el controlador debe realizar el cierre de las electroválvulas.

Ø  Etapa 6: En caso de rompimiento de los filtros el sistema debe reconocer esta condición y detener la filtración en el set correspondiente.

 

·     Diseñar, desarrollar y probar una aplicación WEB, la cual me permita visualizar el proceso de filtración, poder dar comandos de iniciar y detener el proceso desde el dispositivo móvil o computador externo.  


Figura 1. Bosquejo del Diagrama P&ID del proceso.


Alcance y Cobertura

El reto será el de lograr el diseño, desarrollo, construcción y puesta a punto del banco de filtración junto con la estrategia de control del proceso y la aplicación web, adicionalmente, debe contar con un sistema de monitoreo y control del proceso en tiempo real usando el internet de las cosas. El desarrollo se realizará mediante el trabajo colaborativo en sesiones participativas con los diferentes proponentes.

 

El propósito del planteamiento de este reto, es conocer las diferentes propuestas que se planteen para el desarrollo de dicho proceso, con el fin de alcanzar y obtener un producto funcional e innovador, alineado con las necesidades de los procesos del Centro de Innovación y Tecnología.


Figura 2. Sistema de filtración



Figura 3. Bosquejo banco de filtración