Eliminando las conjeturas e incertidumbres para los controladores de ductos

Las operaciones en ductos evolucionan constantemente, por lo que deben ser evaluadas de forma continua. Tanto si se trata de un cambio en la presión de la red de gas como de la transición a la energía del hidrógeno, todas estas modificaciones plantean retos a los controladores de ductos para garantizar la seguridad y la eficiencia de sus operaciones.

  • ¿Cómo se hará frente a los cambios de la infraestructura de ductos existente?
  • ¿Cómo se controlará la calidad del producto para garantizar la entrega al cliente según las especificaciones?
  • ¿Puede el ducto permitirse un aumento de la demanda?

La simulación de ductos puede utilizarse como una poderosa herramienta de apoyo a la toma de decisiones para responder a todas estas preguntas y más, ayudando a eliminar las conjeturas y las áreas de incertidumbre tanto para los operadores de ductos como para los ingenieros.

La simulación puede utilizarse fuera de línea para la planificación, el análisis de la capacidad y los estudios transitorios detallados, o en línea utilizando datos en tiempo real de un sistema de control distribuido (DCS por sus siglas en inglés) o de un sistema de control y adquisición de datos (SCADA por sus siglas en inglés).

En este artículo abordamos los principales retos y cómo la simulación contribuye a superarlos. Entre los retos se encuentra:

  • Conocimiento de la infraestructura existente de ductos
  • Cálculo de situaciones hipotéticas
  • Capacitación para la próxima generación de operadores de ductos
  • Mejora de la seguridad de los ductos
  • Optimizar la eficiencia del ducto y garantizar la calidad del producto a los clientes

Conocimiento de la infraestructura existente de ductos

A medida que cambian las necesidades y la demanda, se debe entender a qué puede hacer frente la infraestructura de ductos existente. La transición a las mezclas de hidrógeno, o al hidrógeno puro para la energía, por ejemplo, plantea el reto de entender cuándo y dónde podría ser necesario reforzar la red.

Un informe de European Hydrogen Backbone1 señala que, debido a la transición de Europa a la energía del hidrógeno, casi 23.000 km de ductos de H2 para el 2040 consistirán en un 75% de infraestructura reutilizada proveniente del gas natural. Esto resalta la importancia de que los operadores comprendan cómo el cambio al hidrógeno y a las mezclas de hidrógeno podrían afectar a los ductos.

La simulación de ductos, como Atmos Simulation (SIM) Suite, permite modelar todos los aspectos de la infraestructura de ductos partiendo de una hoja en blanco. Cuando se utiliza fuera de línea, los operadores de ductos pueden obtener una comprensión precisa de lo que la infraestructura de ductos puede soportar.

Como se muestra en la figura 1, los operadores necesitan saber si esta red teórica podrá hacer frente a la futura demanda y cómo el hidrógeno afectará a la capacidad de la red.

Image of theoretical transmission network

Figura 1: Red de transmisión teórica

La capacidad de los ductos de esta red está limitada por:

  • Ubicaciones de suministro
  • Topología de la red
  • Requisitos de presión dados por la demanda - la principal limitación es "Violetwick", que se encuentra al extremo de la red y es para un consumidor industrial con un requisito mínimo de presión de entrega de 3500 kPa

Necesitamos conocer si esta red puede hacer frente a la demanda futura prevista y cómo afectará la concentración de H2 a la capacidad de la red. Se construye un caso base para el 100% de gas natural utilizando la medida actual de Cantidad Máxima Diaria (MDQ por sus siglas en inglés) en todas las demandas, que se muestra en la figura 2. Los resultados muestran una demanda total de 345 Tj/d

Table showing base case using MDQ

Figura 2: Caso utilizando la MDQ

Este ejemplo proporciona un punto de partida para el análisis. El análisis repite un ciclo de 24 horas, tiempo suficiente para que la red alcance el estado estacionario en las nuevas condiciones. La demanda total se incrementa cada 24 horas, dividida según el estado inicial.

Los programas informáticos como Atmos SIM facilitan esta tarea con los grupos de demanda. En la figura 3, todas las demandas se añadieron a un único grupo, la entrada al escenario es una única cifra de demanda global. Una vez que se viola la restricción de presión mínima, la demanda se reduce para mantener la presión. El punto en el que esto ocurre se considera la capacidad máxima.

El impacto de la mezcla de hidrógeno varía de una red a otra. Como se muestra en la figura 3, es evidente que la capacidad máxima se reduce a medida que aumenta la concentración de hidrógeno en la red teórica. Las capacidades máximas calculadas son:

  • 100 Gas natural 900 Tj/Diarios
  • 10% Hidrógeno 850 Tj/Diarios
  • 25% Hidrógeno 750 Tj/Diarios
  • 50% Hidrógeno 700 Tj/Diarios

Screenshot of maximum capacity calculated by Atmos SIM pipeline simulation) for the theoretical network

Figura 3: Capacidad máxima de la mezcla de hidrógeno calculada por Atmos SIM (Rojo 0%, verde 10%, azúl 25% y naranja 50%)

Una simulación de este tipo puede ayudar a determinar si la demanda futura puede satisfacerse con la infraestructura de ductos actual o si son necesarios cambios en la infraestructura.

Cálculo de escenarios “qué pasaría si” (what if)

La simulación de ductos proporciona al personal de la sala de control ayuda para la toma de decisiones mediante la comprobación rápida y segura de escenarios futuros. El uso de herramientas como Atmos SIM Online proporciona un modelado predictivo (también conocido como modelado what-if) y un modelado de anticipación para que se puedan probar los escenarios futuros.

Puede observarse el impacto que tendría una fuga en el ducto, el efecto de un fallo repentino de las estaciones o fallo de los equipos si ocurriera ahora mismo, lo que ayuda a anticipar los riesgos que se desarrollan en tiempo real, evaluar sus consecuencias y tomar medidas. Los escenarios hipotéticos también ayudan a responder a preguntas sobre cómo se gestionaría el ducto en caso de sucesos imprevistos, como interrupciones de los compresores, y cómo afectaría a la seguridad del suministro.

En un mercado dinámico, los cambios constantes en el precio del gas pueden suponer que algunas variaciones en la oferta y la demanda aumenten el margen financiero de una red de forma significativa. La evaluación de la viabilidad de la red puede realizarse en cuestión de minutos de forma precisa si Atmos SIM está funcionando en línea.

Ser capaz de planificar situaciones como ésta significa que los operadores de ductos pueden:

  • Comprender cómo responder a una variedad de situaciones
  • Confiar en las decisiones operativas
  • Llevar a cabo un análisis del tiempo de supervivencia
  • Disponer de un plan de contingencia
  • Obtener materia de una variedad de escenarios para capacitar operadores nuevos y existentes
  • Gestionar eficazmente el suministro para dar prioridad a los clientes clave, por ejemplo, hospitales y centrales eléctricas

Todos los escenarios pueden guardarse en el gestor de escenarios dentro de Atmos SIM y volver a ejecutarse cuando sea necesario sin necesidad de una configuración adicional. Las alarmas se generan si las condiciones de funcionamiento futuras planificadas violan los límites de funcionamiento seguros.

Capacitando a la siguiente generación de operadores

La capacitación es un reto cuando se trata de ductos. ¿Cómo se puede preparar a un operario de ductos para que reconozca condiciones anormales, como fugas, sin experimentarlas en la vida real?

La simulación puede ayudar en este caso, ya que herramientas como Atmos Trainer ofrecen una forma sencilla de entrenar a los nuevos operarios. Al imitar el comportamiento del ducto y evaluar la respuesta del operador a las situaciones que se presentan, la simulación de ductos ayuda a ensayar no sólo las tareas rutinarias sino también las condiciones anormales de operación.

La competencia de un operario sobre cómo manejar una situación se evalúa en función de cómo ejecuta cada medida apropiada en el plazo adecuado, simulando un comportamiento que va más allá de la física del ducto, como las secuencias de cierre de emergencia (ESD) y la lógica de arranque de las bombas. La figura 3 muestra la puntuación en Atmos Trainer, demostrando cómo el módulo de puntuación evalúa el valor introducido por el usuario con respecto al tiempo de la acción con respecto al procedimiento. Esto ayuda a formar a los nuevos miembros del equipo y a mantener en práctica a los operadores existentes.

Screen showing the scoring module in Atmos Trainer

Figura 4: Módulo de puntuación de Atmos Trainer

Incluso se pueden aprovechar los acontecimientos históricos para aprender de los cuasi accidentes. Disponer de un mecanismo de formación como este también satisface a los reguladores, ya que genera confianza en la existencia de buenos procedimientos operativos estándar (SOP por sus siglas en inglés) y directrices.

Mejorando la seguridad del ducto

La seguridad es una de las mayores preocupaciones de los operadores de ductos. La seguridad de los ductos no sólo es crucial para cumplir las distintas normativas de los países, sino para proteger el medio ambiente y las comunidades de las devastadoras consecuencias que pueden tener los incidentes en los ductos. La optimización de la seguridad no sólo se refiere a la integridad estructural del ducto, sino también a las personas que lo operan. La seguridad tiene un lado muy humano, ya que un funcionamiento incorrecto puede contribuir directamente a los desastres.

Aunque pueden permitirse pequeñas superaciones de las presiones de funcionamiento máximas permitidas (MAOP), nunca deben superarse los estrictos límites de funcionamiento seguro (SOL). La simulación de oleoductos permite establecer alarmas que se activan si se superan los límites de funcionamiento seguro (SOL) en situaciones futuras planificadas, lo que significa que los operadores de ductos pueden tomar las decisiones correctas antes de que se produzca el desastre, un enfoque más preventivo de la seguridad de los oleoductos.

Los accidentes suelen producirse por una serie de fallos. Ya sea en la infraestructura del ducto, en su funcionamiento o en los procesos de gestión que se aplican. La simulación de oleoductos y gasoductos ayuda a evitar una crisis que aún no se ha producido mediante escenarios hipotéticos y capacita a los operadores de oleoductos y gasoductos para que aprendan de los errores cometidos en el pasado.

Optimizando la eficiencia de los ductos y garantizando la calidad del producto a los clientes

Además de la seguridad, los operadores de ductos también se ven presionados a cumplir plazos muy ajustados para que el producto llegue al cliente a tiempo y según las especificaciones. Como sabemos, las redes de ductos pueden ser a menudo complejas y diversas, transportando una variedad de productos diferentes a varios lugares.

Como ya hemos comentado en el ejemplo de la transición al hidrógeno, la simulación de ductos ayuda a determinar la capacidad máxima. Esto ayuda a comprender la presión a la que puede someterse el ducto para mantener las condiciones de seguridad, a la vez que se optimiza el funcionamiento del ducto para que sea lo más eficiente posible.

El seguimiento de la composición o la calidad del gas es una función esencial que se ejecuta en línea, lo que facilita no sólo la localización y la estimación de la hora de llegada del gas, sino también la evaluación de la calidad para garantizar que se entregue conforme a las especificaciones.

Una herramienta para la toma de decisiones

En última instancia, la simulación de ductos está aquí para capacitar a los operadores de ductos a tomar decisiones más inteligentes para sus ductos, ayudando a superar los principales desafíos, como las incertidumbres en torno a la infraestructura y cómo se enfrentará a cambios como el paso a la energía del hidrógeno. Al proporcionar respuestas rápidas y fácilmente accesibles en relación con la planificación de contingencias basada en los límites de la infraestructura de los ductos, garantiza que se satisfagan las demandas de los clientes incluso si se producen algunos acontecimientos inesperados.

También se está convirtiendo en una herramienta útil para la formación de operadores de ductos nuevos y existentes. Con un sistema de puntuación fácil de usar para evaluar los pasos de acción apropiados tanto para escenarios de operación normales como anormales, como cambios en la demanda y pérdida de suministros.

Referencias 

1 https://gasforclimate2050.eu/sdm_downloads/european-hydrogen-backbone/

Categoría: Producto Atmos, Simulación de ductos

Por: John Anderton
Fecha: 09 agosto 2022