En las estaciones de transferencia de petróleo, los separadores de producción juegan un papel crucial en la separación de flujos bifásicos gas-líquido. La seguridad de estos equipos es esencial, ya que enfrentan varios riesgos durante su operación, como sobrepresión, presión negativa, desbordamiento, fuga de gas, ruptura y sobretemperatura (especialmente si el recipiente se calienta). La protección de estos separadores se gestiona a través de sensores y válvulas que permiten prevenir o mitigar estos riesgos.

Uno de los elementos fundamentales de protección es la instalación de válvulas de retención (FSV) en cada salida de gas y líquido de los equipos de medición. Estas válvulas evitan que grandes cantidades de fluido regresen desde los equipos aguas abajo en caso de un accidente de fuga. Sin embargo, la instalación de FSV no es siempre necesaria. En aquellos casos en los que el caudal de sustancias hidrocarburadas que pueden regresar de los equipos aguas abajo es insignificante, o si el dispositivo de control de la tubería puede reducir eficazmente el retorno de fluidos, se puede prescindir de ellas.

Los separadores de producción reciben fluidos presurizados de la estación de medición o del cabezal de pozo. En caso de sobrepresión, los sensores PS proporcionan protección al cortar el flujo de entrada hacia el recipiente. Si ocurre una fuga significativa que reduce la presión dentro del separador, el sensor PSL detecta este cambio y corta también el flujo de entrada. En caso de que el sensor PSH falle, una válvula de seguridad PSV permitirá la despresurización del separador.

La presión negativa, que podría dañar el separador si no se controla, se previene con sistemas de reabastecimiento de gas. Estos sistemas son fundamentales para mantener la presión adecuada en el separador y evitar su colapso.

El diseño y la instalación de los dispositivos de seguridad deben ser cuidadosamente planificados. Los sensores PSH y PSL, junto con las válvulas PSV, se instalan típicamente en la parte superior del separador de producción, pero si la caída de presión entre el separador y el punto de monitoreo es mínima, se pueden instalar en la salida de la tubería de gas. La instalación de estos dispositivos debe tener en cuenta que no se aíslen innecesariamente del separador, ya que esto podría poner en riesgo su funcionamiento. En algunos casos, si el separador está operando a presión atmosférica o si el sistema de salida de gas tiene una tubería adecuada, no es necesario instalar estos dispositivos.

Otro aspecto fundamental es la protección contra desbordamiento y fugas. El sensor LSH corta el flujo de entrada al separador para evitar desbordamientos. Este sensor debe instalarse por encima del nivel máximo de líquido para garantizar que no haya corte erróneo antes de que ocurra un desbordamiento. Asimismo, el sensor LSL se coloca por debajo del nivel mínimo operativo para evitar que el gas penetre en el separador antes de que se cierre el flujo.

En sistemas de calentamiento por tuberías de fuego, el sensor LSH debe colocarse por encima de la tubería de fuego. Idealmente, estos sensores deben estar instalados fuera del recipiente, permitiendo así su aislamiento para pruebas sin interrumpir el sistema de proceso.

Por último, la protección contra sobretemperaturas es vital en aquellos separadores que requieren calefacción. El sensor TSH se instala para cortar la fuente de calor si el fluido supera la temperatura establecida. No obstante, si el calentamiento no representa un riesgo de sobretemperatura, no es necesario instalar este sensor.

El diseño adecuado de estos sistemas de seguridad no solo previene accidentes y fallos operativos, sino que también garantiza la eficiencia y fiabilidad de las estaciones de transferencia de petróleo. Además, estos sistemas de protección deben ser sometidos a pruebas y mantenimientos periódicos para asegurar su correcto funcionamiento a lo largo del tiempo.

Además de los aspectos técnicos mencionados, es crucial tener en cuenta que la integridad y seguridad del equipo dependen no solo de la instalación de dispositivos de protección, sino también de un adecuado sistema de monitoreo y control. Los operadores deben contar con formación especializada para poder identificar cualquier desviación o anomalía en el funcionamiento de los separadores y activar las protecciones necesarias antes de que se produzcan daños graves o fugas de petróleo.

¿Cómo diseñar un sistema de antorchas eficiente y seguro?

El diseño de un sistema de antorchas es un proceso técnico complejo que debe tener en cuenta diversos factores operativos y de seguridad. La clave es garantizar que, bajo condiciones normales de funcionamiento, la emisión continua de gases sea minimizada, protegiendo tanto a las personas cercanas como a los equipos en sus proximidades. Se debe considerar la seguridad en todos los aspectos del ciclo de vida del sistema, desde la puesta en marcha hasta el mantenimiento, pasando por las etapas de purga, operación y apagado de emergencia.

Uno de los aspectos fundamentales en el diseño de una antorcha es la protección de los dispositivos y equipos cercanos, incluidos los de la propia antorcha. Además, se debe proteger el sistema de antorchas de eventos externos, como incendios o situaciones que puedan comprometer su integridad. En este sentido, el sistema debe ser intrínsecamente seguro y capaz de manejar situaciones como la formación de mezclas inflamables o explosivas, reacciones químicas peligrosas, corrosión, erosión, o incluso daños causados por fragilización por hidrógeno. La estabilidad de la llama de la antorcha también es crucial, ya que una llama inestable o mal gestionada puede generar riesgos significativos.

Otro aspecto a tener en cuenta es el flujo del medio de proceso. El diseño debe especificar correctamente las tasas de flujo, la composición del gas, el peso molecular, la temperatura, la frecuencia y la duración de los medios procesados que se descargan al sistema de antorchas. En particular, se debe prestar atención al flujo cuando el sistema está en estado de despresurización, como puede ocurrir cuando todas las válvulas de aliviadero se abren simultáneamente debido a un incendio o una falla en el sistema de utilidades. En este caso, el flujo de gas debe ser lo suficientemente controlado para evitar la pérdida de control sobre la combustión.

Los materiales del sistema de antorchas también deben ser elegidos con cuidado, garantizando que puedan operar a las temperaturas más bajas del sistema y resistir la refrigeración rápida durante la despresurización. La vida útil del sistema, así como los requisitos de mantenimiento e inspección, también son factores determinantes. Cualquier impacto de las actividades de mantenimiento en el funcionamiento general de la planta debe ser evaluado, y esto incluye considerar la posibilidad de utilizar sistemas de antorchas de respaldo en caso de fallos. Además, las condiciones meteorológicas y ambientales del sitio deben ser consideradas, ya que estos factores pueden afectar significativamente la eficiencia del sistema de antorchas.

Además de los aspectos técnicos, el cumplimiento de las normativas nacionales y locales es esencial. Las regulaciones relacionadas con la combustión sin humo, la visibilidad de la antorcha, la contaminación y las restricciones de ruido deben ser rigurosamente observadas para evitar problemas legales y ambientales. En este contexto, también es relevante considerar los sistemas de tratamiento de condensados y aguas ácidas generadas por los tanques de separación o los tanques sellados.

El diseño de un sistema de antorchas también debe tener en cuenta el manejo de gases inertes. En casos de operación o mantenimiento, si se descarga gas inerte, se debe prever un sistema para asegurar que la llama piloto no se apague. Si esto ocurriera, sería necesario suplementar el gas inerte con gas combustible para garantizar que el valor calorífico del gas de la antorcha no caiga por debajo de los valores operativos requeridos. Para flujos bajos de gas inerte, no se requiere suplemento de gas combustible, como sucede con los gases de purga.

La estabilidad de la llama en la cabeza de la antorcha es otro de los aspectos más críticos del diseño. El flujo de gas hacia la cabeza de la antorcha debe cumplir con ciertos parámetros para garantizar que la llama sea estable y no genere ruidos o problemas de difusión. De acuerdo con la experiencia, el flujo del gas en la cabeza de la antorcha debería ser superior a Mach 0.2, pero si supera este valor, es fundamental confirmar con el fabricante de la antorcha que se mantendrá la estabilidad de la llama. En situaciones de emergencia, el flujo de gas puede superar Mach 0.5, pero se debe evitar que exceda este valor, ya que podría provocar una llama inestable que incremente el riesgo de extinción.

En cuanto a los peligros potenciales que debe considerar el diseño de la antorcha, la presencia de aire en el sistema puede formar mezclas inflamables o explosivas. Esto puede ocurrir por varios factores, como la pérdida de gas de purga, fallas en los sellos moleculares o condensación de vapor en el sistema de antorchas. En este sentido, las posibles obstrucciones del flujo, como la formación de hielo o la acumulación de productos como polímeros o cera, también son una fuente de riesgos que deben ser cuidadosamente evaluados.

Las reacciones químicas no deseadas, como la formación de escalas autoencendidas o sustancias peligrosas como los peróxidos, pueden generar graves problemas. El diseño debe minimizar estos riesgos y prever mecanismos de seguridad adecuados. Además, los daños mecánicos, como los golpes hidráulicos o las fraguas por bajas temperaturas, así como el riesgo de daños externos por incendio o retroceso de llama, deben ser contemplados en el diseño de protección.

Finalmente, la acumulación de líquidos en el sistema de antorchas debe evitarse en la medida de lo posible, ya que el ingreso de líquidos al sistema puede causar daños mecánicos y operacionales, además de poner en riesgo la seguridad de la planta. En caso de que los líquidos no puedan ser prevenidos, se deben tomar medidas específicas para mitigar los peligros que este fenómeno pueda acarrear, como el flujo de líquido en las tuberías horizontales o la entrada de líquidos al separador.

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