[¿POR QUÉ?] INSPECCIONAR LAS TUBERÍAS EN REFINERÍAS

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Sintetizando:

El consumo de producto refinado está en aumento: por ejemplo, la demanda de petróleo aumentó 1.7% en 2017, probablemente debido a los sectores de transporte y petroquímicos. Dicho esto, la producción de petróleo refinado también creció un 1.4%. Para expresarlo claramente, el consumo de energía en el mundo aumentó un 2.3% en 2017, y la producción de energía apenas está manteniendo el nivel con un aumento de 2.4% (“Estadísticas Mundiales de Energía / Enerdata”). Las instalaciones de refinación están presionadas para trabajar de una manera eficiente y segura. El garantizar la integridad de las refinerías es más vital que nunca, y la inspección de ductos es parte de la protección de su núcleo.

El consumo de producto refinado está en aumento: por ejemplo, la demanda de petróleo aumentó 1.7% en 2017, probablemente debido a los sectores de transporte y petroquímicos. Dicho esto, la producción de petróleo refinado también creció un 1.4%. Para expresarlo claramente, el consumo de energía en el mundo aumentó un 2.3% en 2017, y la producción de energía apenas está manteniendo el nivel con un aumento de 2.4% (“Estadísticas Mundiales de Energía / Enerdata”). Las instalaciones de refinación están presionadas para trabajar de una manera eficiente y segura. El garantizar la integridad de las refinerías es más vital que nunca, y la inspección de ductos es parte de la protección de su núcleo.

La necesidad de realizar evaluaciones de integridad que ofrezcan un entendimiento del estado de un activo de refinación no sólo existe por la necesidad de producción, sino que también por otros factores, incluyendo:  

  • Ubicación de la refinería – muchas veces las refinerías se ubican cerca de vías navegables o ciudades importantes por muchas razones, incluyendo el transporte de producto no refinado a la instalación y, a su vez, el transporte al cliente (Neb-one.gc.ca, 2019).

  • Un ambiente regulatorio cada vez más estricto.

  • La concientización del público y su participación en temas como el clima y la contaminación.

  • Las situaciones de cambio de propiedad pueden causar brechas en el conocimiento del estado de la integridad de varios activos en la refinería.

Una solución para combatir las necesidades en aumento en cuanto a la demanda de energía y la concientización del público es la operación más eficiente de una refinería. Las tuberías pequeñas, normalmente entre dos y doce pulgadas de diámetro, viajan en zigzag a través de las refinerías transportando diferentes tipos de producto por diferentes etapas en el proceso de refinación, ya sea que entra a las instalaciones el producto crudo, producto ya refinado camino al almacén o al cliente, o desperdicio para su desecho apropiado. Para ponerlo en perspectiva, una refinería con una producción de 400,000 barriles al día abarca aproximadamente 160,000 km de ductos – eso es mucho (“Shell Pernis”). El mantenimiento e inspecciones regulares permiten tener una operación confiable. La inspección puede ocurrir independientemente del estado operativo de la refinería o de cualquier tubería, es decir, no es necesaria la suspensión del trabajo. Como alternativa, dada la cantidad de ductos en una instalación, las inspecciones pueden programarse, si es necesario, durante o antes de los periodos de suspensión de trabajo. La flexibilidad es la clave. Las inspecciones no son intrusivas y permiten que los operadores sepan qué reparaciones son necesarias antes del siguiente cambio programado.

¿QUÉ SOLUCIONES ESTÁN DISPONIBLES? 

Dado los diferentes tipos de tuberías disponibles en una refinería, se requieren diferentes soluciones. En ROSEN, las técnicas disponibles oscilan desde métodos de pruebas no destructivos, herramientas de inspección internas libres tradicionales (ILI por sus siglas en inglés) y soluciones ILI utilizadas para ductos considerados “no inspeccionables”; es decir, que tienen diseños complejos y condiciones operativas complejas y normalmente el medio que transportan tiene características singulares. Las amenazas a los ductos incluyen todas las amenazas más comunes: corrosión, agrietamiento, anomalías geométricas, etc. En la Figura 1 se muestran las configuraciones típicas de tuberías que se encuentran en refinerías y que presentan necesidades de inspección únicas. 

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Figura 1: Diferentes configuraciones de tuberías presentan varios tipos de amenazas y las inspecciones se realizan utilizando diferentes técnicas. 

¿CÓMO FUNCIONA?

Como siempre, todas las configuraciones de tuberías son diferentes y presentan retos y condiciones únicas. Garantizar una inspección apropiada requiere encontrar el mejor enfoque, considerando todos los factores. Existen, por supuesto, una variedad de soluciones, cada una apropiada para diferentes activos. A continuación, se describen algunas de las tecnologías disponibles y sus aplicaciones. 

Equipo de servicio en campo – para un panorama completo en todo alrededor de la tubería

El equipo de servicio en campo (IFSE por sus siglas en inglés) es un conjunto de dispositivos operados manualmente ideal para inspeccionar ductos por encima del suelo desde fuera, mientras reúne datos de integridad del interior y el exterior de la pared de la tubería. También se usa para la inspección de ductos en soportes o ganchos para detectar corrosión o costras de corrosión, que es la corrosión localizada que ocurre al exterior da la tubería por debajo del recubrimiento o pintura, causando que el lugar se abulte ligeramente. El equipo tiene dos configuraciones diferentes: orientación circunferencial (CIRC por sus siglas en inglés) y orientación axial (AXUS por sus siglas en inglés). Utiliza tecnología de transductor acústico electromagnético (EMAT por sus siglas en inglés) que induce una onda de sonido en la pared de la tubería. La tecnología ofrece muchos modos de onda diferentes para inspeccionar una estructura, cada una con características únicas y su propia aplicación específica para la detección óptima de anomalías. La inspección circunferencial se realiza rápidamente dado que la herramienta CIRC viaja a lo largo de toda la tubería, mandando la señal EMAT a toda la circunferencia del ducto.  

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Figura 2: El CIRC (izquierda) y AXUS (derecha) son ideales para toda la inspección del cuerpo de la tubería, incluyendo soportes o ganchos.  

La herramienta AXUS hace su recorrido visualizando cualquier anomalía y envía una onda de alta frecuencia en una dirección axial, buscando un eco de la anomalía misma. Se dirige la herramienta AXUS alrededor de la circunferencia de la tubería para producir una imagen completa. Estas tecnologías son ideales para detectar la anomalía que ocurre de manera más natural – la corrosión. La herramienta CIRC produce un perfil axial de la corrosión y la herramienta AXUS agrega la extensión circunferencial de la corrosión, así como la información de distancia axial. La combinación de ambas técnicas permite obtener el estado de integridad en el cuerpo de la tubería y la posible corrosión debajo de los soportes externos de la tubería.   

Pruebas por ultrasonido de largo rango – no hay acceso, no hay problema 

Las pruebas por ultrasonido de largo rango (LRUT por sus siglas en inglés) son ideales para inspeccionar tuberías con accesibilidad limitada, como tuberías enterradas en cruces de vías, tuberías dentro de instalaciones de refinerías que pasan por debajo de una carretera (u otras infraestructuras de la instalación) y continúan del otro lado, o en limpiezas aisladas o por encima del suelo. Las tecnologías LRUT producen transmisiones de ondas ultrasónicas guiadas de baja frecuencia en incrementos para propagarlas en la tubería desde un arreglo de transductores fijo alrededor la tubería; la tecnología opera apenas por encima de frecuencias audibles. Las bajas frecuencias son necesarias para permitir un modo de onda apropiado para que viaje por la superficie de la tubería. 

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Figura 3 muestra el collar LRUT en una tubería, ideal para inspeccionar ductos con accesibilidad limitada.  

Las ondas guiadas pueden viajar muchos metros y, por lo tanto, se usan para probar grandes áreas desde un mismo punto. Cualquier cambio en el espesor de la tubería– ya sea en la parte interior o exterior de la pared – causará reflejos que detecta el arreglo de transductores envuelto alrededor de la tubería. El sistema permite que un operador capacitado pueda discriminar entre anomalías de pérdida de metal y de tubería – especialmente soldaduras.  

Prueba por ultrasonido de arreglo lineal – eliminando el riesgo de las áreas afectadas por el calor 

Las áreas afectadas por el calor son zonas en las que la microestructura y las propiedades de la tubería se ven afectadas por las soldaduras o cortes con calor intenso. El calor del proceso de soldadura y el enfriamiento subsecuente, pueden aumentar la sensibilidad en estas ubicaciones. Se pueden inspeccionar estas áreas singulares y de alto riesgo usando un método avanzado de pruebas por ultrasonido como las pruebas por ultrasonido de arreglo lineal (LAUT por sus siglas en inglés). Esta tecnología usa un arreglo de sondas UT (por sus siglas en inglés) que consisten en muchos transductores ultrasónicos pequeños, cada uno puede pulsarse de manera independiente.

 Las picaduras, una forma única de corrosión que se refiere a anomalías de menos de 2 mm, no pueden detectarse confiablemente usando métodos UT convencionales, simplemente porque el tamaño del defecto es demasiado pequeño comparado con el área inspeccionada. Las técnicas LAUT logran la precisión necesaria y una muy buena cobertura rápidamente.

Inspección Interna 

No sólo se usan pruebas no destructivas para inspeccionar tuberías en refinerías, sino que también las herramientas de inspección interna libre son capaces de inspeccionar tuberías aisladas y enterradas. Sin embargo, estas inspecciones pueden enfrentar una combinación de varias dificultades que pueden descartar la posibilidad de usar métodos tradicionales. Estas dificultades pueden incluir, pero no están limitadas a: 


•    Tuberías de diámetros pequeños 
•    Bajas velocidades de flujo o presión 
•    Diseño complejo de tuberías
•    Puntos de acceso únicos  
•    Características del medio 


La División de Diagnóstico de Ductos Difíciles del Grupo ROSEN realiza diariamente inspecciones internas de activos difíciles. A lo largo de los años hemos aprendido que cada tubería es única; sin embargo, no es factible construir una herramienta particular para cada inspección. Por lo tanto, se desarrolló el enfoque de la Caja de herramientas de ROSEN, que incorpora unidades complementarias como tecnologías, métodos y conocimiento del mercado para permitirle a los expertos en soluciones abordar cada reto de una manera óptima. Al utilizar estas soluciones personalizadas, que están equipadas con tecnología probada del portafolio ROSEN, se pueden superar los retos que se presentan en la inspección interna de los ductos en refinerías, y se pueden recolectar datos de alta calidad de la integridad del activo. 

ADMINISTRE LA CARGA DE LOS DATOS PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS 

La recolección de datos ha sido un componente fundamental de los programas de administración de integridad desde el inicio de los métodos de inspección inteligentes. Como un eco de las tendencias mundiales alrededor de enfoques en data mining y “big-data”, muchas organizaciones ahora están empezando a “recolectar todo”. Podemos ver esto reflejado en la nueva generación de herramientas móviles de Captura de Datos de Campo, RFID (por sus siglas en inglés) que permiten el rastreo de elementos específicos y un proceso más amplio de “transformación digital” que está ocurriendo en la mayoría de las organizaciones. 

Administración de Datos 

Entre varias posibilidades de inspección – ya sean métodos de inspección interna o métodos NDT externos – la recolección de datos es la meta clave. ¿Pero entonces qué? ¿Qué hacer con los valiosos datos recabados? Para facilitar la extracción del mayor valor de negocios de estos, o todos los otros tipos de datos, el primer componente es una estrategia exhaustiva de administración de datos. Lo que se requiere es una estrategia que permita que varias partes del negocio tengan acceso a los datos que cada uno requiere, y una que facilite la integración de estos datos con (potencialmente todos los otros) datos existentes o nuevos. Únicamente por medio de estrategias de Administración de Datos llegaremos a verdaderos entendimientos que permitan procesos de decisiones informadas alrededor de la planeación de reparaciones, remediación u otras actividades de reducción de riesgos. Posibilitar realmente la última generación de modelos de aprendizaje automático y otras técnicas emergentes basadas en IA también requiere políticas de Gobernanza de Datos transparentes para implementar y soportar la operación de la estrategia de administración de datos de la organización. 

Gobernanza de Datos 

Ya sea que el objetivo final sea mantener los datos de inspección o realizar estudios internos, o utilizar la variedad de soluciones basadas en la nube que ofrecen extensibilidad conforme los tamaños de datos que continúan creciendo, las metas, objetivos y responsabilidades claras de la organización deberán documentarse como parte de la Gobernanza de Datos. Dentro de dichas estrategias, no puede dejarse a un lado la dimensión espacial: hemos visto la reciente llegada de funcionalidades de software masificado que ofrece concientización del tiempo, es decir que los datos históricos (de inspección) pueden concordarse con el estado relevante del ducto.  

Sistemas integrados 

Las opciones del software y los sistemas disponibles relacionados para los operadores han ido más allá de las clásicas hojas de cálculo y tablas de Exel para crear híbridos de plataformas espaciales y soluciones de almacenamiento de big data que, por ejemplo, permiten que las mediciones espaciales, lineares y de ingeniería convivan en una misma versión de la red. Estos sistemas, desde luego, incluyen las estrategias de administración de datos e integridad que se obtienen en las refinerías.  

EL FUTURO ES LA AUTONOMÍA

Rutger van Kampen, director global de la línea de negocios de Pruebas No Destructivas en ROSEN comenta cuáles son las necesidades de la industria en términos de perfeccionar la administración de integridad de ductos en refinerías: 


Dado que la demanda de energía no cede, la necesidad de eficacia, confiabilidad y, más importante, seguridad, continuará. Eso incluye la administración de integridad de ductos. El cuidado exhaustivo de cualquier activo necesita moverse hacia un modelo 24/7 de todo tipo, en el que los operadores puedan monitorear, perfeccionar y adaptar constantemente todos los aspectos de sus activos. Conforme la tecnología continúe avanzando y crezca nuestra experiencia aprovechando al máximo las cantidades masivas de datos, vemos el futuro como algo autónomo. Estos factores son, por supuesto, tan vitales como la seguridad y tan pragmáticos como el ahorro de costos. La estrecha red de ductos en refinerías muchas veces crea retos de accesibilidad física para las herramientas de inspección y el personal en sitio, lo que puede entonces crear ambientes inseguros y altos costos de andamios temporales o equipo de salida y recepción. El siguiente paso obvio es eliminar esos retos con tecnología capaz de encontrar su propio camino, ya sean rastreros robóticos u otros dispositivos auto-impulsados. En términos de datos, ya se han tomado pasos importantes para administrar los datos en sí mismos. Sin embargo, los modelos de aprendizaje automático e inteligencia artificial también ofrecerán no sólo un mejor soporte para la toma de decisiones de los operadores, también permitirán predicciones, posibilitando que nos adelantemos a cualquier amenaza que pueda presentarse y mitigarla respectivamente.