Accionamientos inteligentes para las válvulas eléctricas del oleoducto que recorre China de Oeste a Este

La red del Oleoducto Este-Oeste (WEPP) está considerada como el proyecto más grande e importante de la Industria del Gas que jamás se haya planificado en china. Destinado para favorecer el desarrollo de las regiones orientales de China, el proyecto incluye la construcción de cuatro gasoductos que conectan los mercados occidentales de China con los recursos del Oeste. Miles de kilómetros de tubería recorren diferentes terrenos como mesetas, montañas, desiertos y ríos para conectar la cuenca del Tarim, en la Región Autónoma de Xinjiang y Turkmenistán con las regiones del delta de los ríos Yangtze y Pearl.

Este proyecto está siendo desarrollado por la Compañía PetroChina West-East Gas Pipeline, subsidiaria de PetroChina. La mayor empresa productora de petróleo y gas, de propiedad estatal, China National Petroleum Corporation (CNPC), tiene la mayoría de las acciones de PetroChina. La primera etapa de este ambicioso proyecto (WEPP-1), que se inició en 2004, trae gas natural desde los campos de gas de la cuenca del Tarim hasta el área del delta del Yangtze para la producción de electricidad. En 2008 comienza la construcción de un segundo gasoducto que, en parte, corre paralelo e interconectado con el primero. Este segundo gasoducto, que va desde Xinjiang hasta Guangzhou, será ampliado con el posterior desarrollo de dos gasoductos más, todos diseñados para proporcionar billones de metros cúbicos de gas destinados a satisfacer la creciente demanda de energía de los importantes centros industriales y de población de China. La construcción del segundo gasoducto comenzó en febrero de 2008 y la novedosa construcción de un tercer gasoducto (WEPP III) se inició en octubre de 2012. WEPP IV, está todavía en fase de planificación.

Desde el principio, la utilización de la tecnología Rotork IQ Intelligent no intrusiva para la actuación de las válvulas eléctricas ha sido adoptada durante todo el proyecto. Desde hace más de una década miles de esos actuadores han sido instalados durante todas las etapas del proyecto para el control de las válvulas de las estaciones compresoras, colectores e instalaciones de almacenamiento.

En 2002, cuando comenzó la construcción del primer gasoducto, la tecnología IQ intelligent ya existía desde al menos 10 años y estaba integrada en muchas industrias. La primera generación de los actuadores IQ ha sido recientemente reemplazada por el IQ Mark 2, que le añade nuevas funciones que no se pueden encontrar en productos similares de otros fabricantes que empezaban a imitar el diseño original.

Al mismo tiempo, Rotork era el único fabricante que ofertaba configuraciones no intrusivas, puestas en marcha con tecnologías de registro y transferencia de datos en actuadores que ya estaban probados en industrias del petróleo y gas de ámbito internacional. El actuador IQ, cuando fue lanzado en 1993, fue pionero en la comunicación de datos no intrusiva a un mando manual mediante infrarrojos; hacia el 2000 el IQ ya era tenido en cuenta por la mayoría de las empresas de venta de actuadores eléctricos del mundo.

Hacia 2006 la tecnología no intrusiva ha sido ampliamente desarrollada por la introducción de una comunicación bidireccional entre el actuador y la herramienta de configuración, permitiendo al actuador recuperar los datos de configuración y retransmitirlos a otros actuadores, lo que puede ahorrar gran cantidad de tiempo cuando varias válvulas necesiten similares configuraciones de puesta en marcha. Los datos también pueden ser descargados a un ordenador, reajustados y transmitidos de nuevo al actuador mediante herramientas manuales.

El registro integral de los datos en cada actuador graba los datos "huellas" de la puesta en marcha y, por lo tanto, la información de operación de la válvula, incluyendo los pares de torsión de la válvula en ambas direcciones. La extracción y el análisis de esos datos en un ordenador, con el software IQ Insight instalado, permite una completa evaluación del trabajo de la válvula y la identificación de posibles problemas operacionales. La utilización de estos programas de gestión, permite que los trabajos a realizar puedan ser programados con vistas a una mayor eficiencia y así eliminar la tentación de realizar otros mantenimientos preventivos. Quedan minimizados los riesgos de interrupciones inesperadas de los procesos. Los datos pueden ser descargados mediante el mando manual o con un ordenador portátil, con el software instalado, directamente conectado con el actuador.

Además de utilizarse en las válvulas de cierre del gasoducto, los actuadores eléctricos inteligentes también pueden ser destinados al control del trabajo de las válvulas en las estaciones de bombeo, lo que permite que el gas sea transferido a baja presión aguas abajo de la red de distribución.

En este ejemplo, los actuadores modulares IQM regulan las válvulas de control de flujo axial, en tamaños en tamaños que varían de los 100mm a los 250mm. Estas válvulas (Clase 600) se describen como las primeras en reducir la presión de gas desde los más de 99 Bares, presión de operación de la línea de operación de la transmisión principal, hasta los 25/45 Bares de la presión de distribución más adelante. Sólo en el primer gasoducto se construyeron más de 50 estaciones de bombeo a lo largo de todo el recorrido. (Cortesía de Mokveld Valves).

La puesta en marcha de los actuadores de manera no intrusiva, sin retirar las cubiertas eléctricas para fijar los interruptores de final de carrera y los valores de par, ofrecía a los operadores muchos beneficios. A la par que mejora la eficiencia del proceso de puesta en marcha, el técnico se asegura de que los componentes electrónicos internos están permanentemente protegidos ante la posibilidad de contaminación por humedad o polvo, lo que asegura su fiabilidad a largo plazo incluso en las cambiantes condiciones medioambientales que puedan prevalecer a lo largo del recorrido del gasoducto. Esta tecnología está reforzada por una cámara de conexión de doble cerramiento, en la que va el cableado principal y los cables de control. Los terminales están separados del cuerpo principal del actuador para tener la seguridad de que los componentes eléctricos internos estén protegidos aun cuando se retire la cubierta eléctrica. Como resultado, los actuadores con la mayor certificación para áreas peligrosas, también presentan un cerramiento robusto, estanco y sumergible, de manera temporal, aprobado para IP68 y el equivalente a los estándares internacionales.

Innovaciones

Los 4.000 kilómetros de longitud del primer gasoducto son menos de la mitad del recorrido del segundo gasoducto y sus ocho ramales. Igualmente, los 17 billones de metros cúbicos de capacidad anual del gasoducto han sido eclipsados por los 30 millones de metros cúbicos de capacidad del segundo gasoducto de mayor calibre.

La construcción del tercer gasoducto, que arroja similares estadísticas que el segundo, está en curso y desde 2013 los pedidos de este proyecto están siendo servidos con la nueva generación de la tecnología de actuación IQ, el denominado IQ3. La experiencia y la constante comunicación durante los proyectos, como la realizada durante la construcción de los dos primeros gasoductos Oeste-Este, ha tenido una importancia vital en favorecer la capacidad de Rotork de introducir una mayor funcionalidad y eficacia de las funciones de gestión de activos que encajan perfectamente en las instalaciones existentes y sus protocolos de control. Los mayores avances en el registro de datos, en la pantalla y en las capacidades de comunicación, se han introducido como respuesta a las necesidades de los usuarios finales de acceder cada vez a un mayor número de datos, tanto en campo como en la sala de control.

Incluidas en la lista de innovaciones, hay tres características esenciales del diseño del IQ3 que son particularmente importantes para obtener un buen rendimiento a largo plazo, un bajo mantenimiento y bajo coste de propiedad;

PRIMERO, la ventana del indicador de posición local del actuador ha evolucionado en una pantalla multidireccional capaz de dar una posición local, estado de válvula y actuador, menús de pantalla para configurar y poner a punto el actuador, diagnóstico de fallo e información de la gestión de datos. Lo que antes era sólo un indicador de posición local, ahora es una ventana a la planta de procesos. Además de esta indicación de la posición local, también proporciona una "interfaz" gráfica diseñada para ayudar en la configuración y calibración, así como también muestra (en la válvula) datos críticos de rendimiento en relación con el rendimiento del actuador, lo que permite al usuario determinar las condiciones de servicio de la válvula o predecir si va a haber un problema.

La propia pantalla ha sido diseñada como un doble display con un ancho ángulo de visión. La pantalla del segmento frontal permite que el actuador sea configurado y operado, mientras que la segunda favorece que las pantallas de diagnóstico y operación de datos estén permanentemente disponibles mostrando una "visión general del proceso". Hay cuatro pantallas disponibles, dependiendo de la información que el operador necesite visualizar en todo momento: diagnóstico gráfico, demanda resultante y posición, par y posición y configuración del actuador. La posición de la válvula se muestra hasta un punto decimal, ofreciendo exactitud y solución para el análisis diagnóstico. El diagnóstico de gráficos ofrece una ventana al proceso al mostrar el gráfico de par de la válvula y facilitando el análisis de la situación en tiempo real.

SEGUNDO, la medida más adecuada del par de salida del actuador es una función proporcionada por el eje de tornillo sin fin. La fuerza axial del eje de tornillo siempre es proporcional a la del par, producida por la corona y no se ve afectada por los cambios en la eficiencia del engranaje causada por un largo periodo de operación.El par es medido por un transductor de fuerza en lugar de por muelles de disco o cualquier otro componente mecánico que puede deteriorarse o cambiar con el tiempo. Esto es importante para la gestión de datos, como el perfil de par del movimiento de operación de la válvula es grabado por el registro de datos del actuador como una "huella" durante la puesta en marcha y, posteriormente, grabado durante cada operación de la válvula. Este dato es una parte crucial de la información que puede ser utilizada en la planificación del mantenimiento.

TERCERO, el control fiable y sostenible de la válvula se basa en una medición precisa y repetible por parte del actuador. Para lograr esto el IQ3 utiliza un "encoder" absoluto patentado. Estos "encoder" son dispositivos electromecánicos de medida que detectan la posición relativa del engranaje impulsor para calcular la potencia de salida del actuador y, por lo tanto, la posición de la válvula. La ventaja es que no necesitan batería para modificar la posición; la desventaja es que añaden complejidad y pueden reducir fiabilidad.

Utilizando la tecnología más innovadora, y después de varios años de pruebas, el IQ encoder absoluto ha superado estos problemas. Es sin contacto, con sólo cuatro elementos móviles y puede medir más de 8000 vueltas de salida con alta resolución, redundancia y verificación interna. El diseño incrementa la fiabilidad en la detección de posiciones, mientras proporciona medidas de posición estando conectados o no a la red eléctrica.