SECTOR TECNOLÓGICO

La presente invención se relaciona con un sistema para el taponamiento de fugas en ductos y tuberías que transportan líquidos y gases. Este sistema consta de un equipo dosificador sin partes móviles (DOE) que agrega elementos geométricos obstructores (EGOs) de diferentes materiales y formas variadas. De igual forma, el sistema posee un colector de elementos geométricos (COE) ubicado en estaciones de recibo.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La instalación de derivaciones ilícitas en ductos o tuberías que transportan diferentes tipos de fluidos y gases ha ocasionado la pérdida de grandes volúmenes de los mismos. En la búsqueda de disminuir esta pérdida se han implementado diferentes métodos, entre los que se destaca el taponamiento parcial o total de las fugas en los ductos o tuberías. En un caso específico, el hurto de hidrocarburos y sus derivados en tuberías en Colombia presentó un marcado incremento del año 1999 al 2002 al pasar de 1540 bl/día a 7270 bl/día. Esta situación forzó a la implementación de medidas tecnológicas para la reducción de estas pérdidas. Una forma de contrarrestar la pérdida de líquidos y gases transportados por ductos y tuberías, se plantea en esta solicitud de patente un sistema para el taponamiento de fugas que consta principalmente de un dosificador de elementos geométricos obstructores sin partes móviles y un equipo colector de dichos elementos.

En el estado de la técnica en equipos de dosificación de elementos se encuentra que su principal uso es en el campo de dispensadores de alimentos, bebidas, artículos pequeños de uso personal y pastillas. De igual forma, se utiliza el principio básico de estos dispensadores en el sello de fugas que se presentan en recipientes, ductos y tuberías utilizados ya sea para la contención o transporte de gases y líquidos. Con relación al sello de fugas, el estado del arte muestra principalmente el método para hacer llegar los elementos sellantes a los orificios de las fugas y las características específicas de estos elementos sellantes. Es así, como la solicitud de patente US 20120067447 describe un método de entrega de cierta cantidad de elementos sellantes a una fuga en un recipiente. El método consiste en la introducción de un cuerpo de material flexible y al menos un elemento sellante en el fluido dentro del recipiente aguas arriba de la fuga, el cuerpo de material transporta los elementos sellantes a través del recipiente a la posición de la fuga, donde el cuerpo de material flexible es introducido en el orificio debido al flujo creado por el diferencial de presión y donde los elementos sellantes son presionados por el cuerpo de material flexible de tal forma que permite su ingreso al orificio de fuga. Del mismo modo, se hace referencia a las composiciones de estos elementos para el sello de fugas en recipientes, tuberías, válvulas o ductos para transportar hidrocarburo, agua y fluidos de proceso.

De la misma forma, la solicitud de patente US 20110221 137 describe elementos sellantes, los cuales se adaptan para obstruir fugas en paredes de tuberías. Los elementos resisten diferenciales de presión que se presentan en el sitio de fuga de la tubería. El elemento sellante adopta cambios en su estado a través del tiempo. El centro del elemento puede contener un polímero tal como propileno y nylon, metales o gomas. El método de sellado de fugas comprende; la introducción del elemento sellante en el recipiente o tubería aguas arriba del sitio de la fuga, transporte del elemento sellante a la fuga y por último, el ingreso ya sea parcial o total del elemento al orificio. En esta solicitud de patente se muestra principalmente las características y composición del elemento sellante y el método mencionado no muestra un equipo de dosificación de dichos elementos.

Por último, la solicitud de patente US 20110146826 describe un equipo y un proceso para la reducción de pérdidas de fluido en ductos de transporte. El proceso comprende la inyección a la corriente del fluido, elementos geométricos de diversos materiales y formas, especialmente esferas, con densidades similares a las del fluido. La inyección se realiza mediante un dosificador con partes móviles y al final del ducto se recuperan los elementos geométricos adicionados. El equipo dosificador está constituido principalmente por un mecanismo de inyección conformado por un conjunto tornillo-tuerca-paletas que presiona las esferas; un mecanismo de cargue de esferas formado por cuatro tubos curvos con válvulas en sus extremos y/o tapas roscadas, para el cargue de cada tamaño de esfera se utiliza un elemento de empuje que se introduce cada vez que se cargan cinco esferas para forzarlas a que se ubiquen adecuadamente. El dosificador es un sistema mecánico en el cual el tomillo central va girando y desplazando el juego de esferas en forma vertical, las cuales a su vez presionan la inyección de éstas, Las esferas deben introducirse de cinco en cinco hasta completar la cantidad máxima de acuerdo con el tamaño de estos elementos. Al final del tubo los elementos son recolectados en un filtro.

El equipo dosificador del documento US 20110146826 difiere del equipo dosificador de la presente invención en cuanto a su diseño y funcionamiento, el nuevo dosificador no posee partes móviles, no es necesario realizar el empuje de las esferas dentro del equipo, el número de elementos que se introducen al interior puede variar hasta 600. Con relación al equipo de recolección de elementos, ha sido diseñado para garantizar la recuperación de dichos elementos.

Igualmente el estado del arte se centra únicamente en las especificaciones y composiciones de los materiales utilizados como sellantes y el método en el que pueden hacerlos llegar a las fugas en los ductos o tuberías, sin embargo, en la presente solicitud de patente se describe un sistema de dosificación de elementos geométricos obstructores sin partes móviles y recolección de estos mismos que permiten reducir las fugas en ductos y tuberías que transportan diferentes tipos de líquidos y gases, así como el funcionamiento del sistema.

Es un objeto de esta invención, un equipo dosificador sin partes móviles, compuesto principalmente por un tambor para el almacenamiento de EGOs, dos facilidades para cargue y retiro de EGOs con tapas de apertura rápida en los extremos, dos reducciones excéntricas, una válvula principal y cuatro facilidades menores para el cargue de fluido, drenaje, venteo e instrumentación.

De la misma forma, es un objeto de esta invención un equipo de recolección de los EGOs conformado principalmente por un cuerpo cilindrico entre 0,1 m (4 ") y 0,91 m (36") de diámetro, un brazo de entrada y otro de salida con diámetros entre 0,01 m (½") y 0,41 m (16"), una canastilla en lámina perforada para colectar los EGOs recibidos, una facilidad en la parte inferior del COE con Una tapa de apertura rápida en el extremo, para el retiro de EGOs, una tapa de apertura rápida en la parte superior del equipo, usada para el mantenimiento, retiro e ingreso de la canastilla en lámina perforada, facilidades para el cargue, venteo, drenaje e instalación de instrumentación.

De otro lado, es un objeto de esta invención que el equipo de dosificación sin partes móviles puede _v introducir al interior del ducto o línea de transporte hasta 600 elementos.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El sistema de taponamiento de fugas en ductos o tuberías consta de un equipo dosificador (DOE) (100) de elementos geométricos obstructores (EGOs) (300) y el colector de estos elementos (COE) (200). Estos dos equipos a su vez están formados por diferentes dispositivos que cumplen labores específicas. Los EGOs utilizados pueden presentar diferentes formas geométricas, tales como: esféricas, cúbicas, tetraédricas, leznas, cónicas, cilindricas, piramidales, octaédricas y en general, toda forma poliédrica o irregular; su tamaño depende básicamente de los diámetros de las perforaciones ilícitas empleadas

El principio de funcionamiento del DOE (100) (Figura 2) se basa en la diferencia de densidades entre los EGOs y el fluido en el cual éstos van a ser inyectados para transportarse por una tubería determinada, teniendo en cuenta que en la mayoría de los casos las válvulas ilícitas son puestas en la parte superior de las líneas de transporte, además, es importante que exista un diferencial de presión entre el equipo y el punto de inyección del dosificador. El DOE (100) se encuentra constituido principalmente por un tambor (106) (cuerpo del DOE (100)) para el almacenamiento de EGOs, dos facilidades, una para cargue y otra para retiro de EGOs con tapas de apertura rápida en los extremos (108 y 114), dos reducciones excéntricas (104 y 110), una válvula principal (103) y siete facilidades menores para: el cargue de fluido (102), drenaje (112 y 113), venteo (105), instrumentación (115 y 116) y una válvula de doble bloqueo y purga para el flujo jet (118).

El COE (200) es un equipo cuyo funcionamiento es similar al de un filtro tipo canasta. El COE (200) (Figura 5) está conformado principalmente por: un cuerpo cilindrico (201) entre 0,1 m (4 ") y 1 ,27 m (50") de diámetro y altura entre 0,25 m (10") y 3,05 m (120"), un brazo de entrada (202) y uno de salida (203) con diámetros entre 0,05 m (2") y 0,91 m (36"), una canastilla en lámina perforada (204) para colectar los EGOs recibidos, una facilidad en la parte inferior del COE (200) con una tapa de apertura rápida (205) en el extremo para el retiro de EGOs, una tapa de apertura rápida (206) en la parte superior del equipo usada para el mantenimiento, retiro e ingreso de la canastilla en lámina perforada (204), facilidades para el cargue (207), venteo (208), drenaje (209) e instalación de instrumentación (210).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL SISTEMA

El sistema de taponamiento de fugas en ^" ductos o tuberías de transporte de fluidos y gases está constituido por un equipo de dosificación DOE (100), utilizado para la introducción de los elementos geométricos EGOs (300) y por el equipo de recibo de estos elementos COE (200). Los EGOs utilizados presentan diversas formas geométricas, entre las cuales sobresalen: esféricas, cúbicas, tetraédricas, leznas, cónicas, cilindricas, piramidales, octaédricas y en general, toda forma poliédrica o irregular; su tamaño depende básicamente de los diámetros de las perforaciones ilícitas empleadas

Dichos EGOs están elaborados a partir de materiales orgánicos, inorgánicos, metálicos, poliméricos, polioleofinas, espumantes y/o sus mezclas.

Equipo de dosificación (DOE)

El DOE (100) (Figura 2) inicia con un tubo, denominado cuello de dosificación (101). Sobre este cuello se encuentran dos facilidades, una en la parte superior ( 16) y otra en la parte inferior ( 02). Seguido se encuentra la válvula principal (103), esta es una válvula de tipo bola fija para operación manual que facilita la rápida operación de apertura y cerrado; además evita posibles acumulaciones o atascamientos con los EGOs.

En el otro extremo, la válvula principal se une a una reducción excéntrica (104). Esta reducción cuenta con una facilidad en la parte superior (105). A continuación, en el lado del diámetro mayor de la reducción excéntrica, se encuentra ubicado el cuerpo (106) del DOE (100).

El cuerpo (106) del DOE (100) es un cilindro y en la parte superior del mismo se ubica una facilidad para el cargue de EGOs denominada cuello de cargue (107), este cuello es un tubo, el cual finaliza en una tapa (108) de apertura rápida.

En la parte lateral del cuerpo del DOE (100), a lado y lado, van dos soportes tipo ménsula (109), que permiten instalar dos columnas independientes atornilladas a dichas ménsulas.

En el otro extremo del cuerpo (106) del DOE (100), va unida otra reducción excéntrica (110), seguida de un cuello, denominado cuello de retiro (111) y una facilidad (114) para retiro de EGOs. En la parte inferior del cuello de retiro (1 11) se encuentran dos válvulas para drenaje (112 y 113). En la parte superior del cuerpo del DOE (100) se ubica un indicador de presión (115).

La válvula principal (103) permite bloquear el sistema con el propósito de realizar procesos de llenado, drenaje y venteo en el dosificador, una vez se abre esta válvula se inicia el proceso de dosificación de EGOs. Para realizar el proceso de llenado del dosificador (teniendo la válvula principal cerrada), se cuenta con una válvula (102), la cual además permite nivelar presiones entre el dosificador y el punto de inyección de los EGOs. De igual forma, cuenta con un dispositivo de venteo (105) para desalojar el aire que pueda almacenarse en su interior, debido a operaciones de limpieza, inyección de EGOs o mantenimiento. El dosificador está diseñado y fabricado para prevenir daños debido a vibraciones, pulsaciones e impacto de objetos. Opera en forma continua y bajo las condiciones más desfavorables del sitio.

Funcionamiento dei DOE

El funcionamiento del DOE (100) se divide en tres etapas principales: dosificación de EGOs, venteo y retiro de los elementos no utilizados.

Una vez garantizadas las condiciones para el inicio de la inyección, los EGOs se cargan en el dosificador manipulando las válvulas de drenaje (1 12), venteo (105), llenado (102) y la válvula principal (103). El venteo se realiza manipulando la válvula principal (103), drenaje (112), llenado (102) y la de venteo (105).

Equipo Recolector (COE)

Los equipos para recibo de EGOs son colectores de tipo vertical para instalar en línea horizontal, con boquillas de entrada (202)/salida (203) opuestas y a la misma altura, con tapa superior (206) e inferior (205) de apertura rápida. Puede haber uno o más equipos colectores, en el caso de más de uno, éstos pueden trabajar en paralelo.

Los COEs (200) (Figuras 5 y 6) cuentan con un dispositivo de venteo (208) para desalojar el aire que pueda almacenarse en su interior, debido a las operaciones de limpieza, retiro de elementos o mantenimiento. Cuentan con conexiones adicionales para drenaje (209) y de medición de presión diferencial (210).

Las conexiones de los colectores han sido puestas de manera que no interfieran la inspección o cambio de la canasta (204), la cual se efectúa quitando la tapa o cubierta. La canasta cuenta con un sistema de sujeción, fabricado en el mismo material, para facilitar la remoción y posterior limpieza.

El diferencial de presión de operación del COE (200) va desde 6 kPa en condición de limpieza hasta un máximo 207 kPa en condición contraria. Sin embargo, la especificación de diseño es de por lo menos 345 kPa. El COE (200) es un equipo cuyo principio de funcionamiento es similar al de un filtro tipo canasta. El COE (200) se encuentra constituido principalmente por las siguientes partes:

Un cuerpo cilindrico (201) entre 0,1 m (4") y 1 ,27 m (50") de diámetro y altura entre 0,25 m (10") y 3,05 m (120").

> Un brazo de entrada (202) y otro de salida (203) con iguales dimensiones, los brazos pueden tener entre 0,05 m (2") y 0,91 m (36") de diámetro.

> Una canastilla en lámina perforada (204) para colectar los EGOs recibidos.

> Una facilidad en la parte inferior del COE (200) con una tapa de apertura rápida en el extremo (205), para el retiro de EGOs.

> Una tapa de apertura rápida (206) en la parte superior del equipo, usada para el mantenimiento, retiro e ingreso de la canastilla en lámina perforada.

> Facilidades para el cargue (207), el venteo (208), el drenaje (209) e instalación de instrumentación (210).

El cuerpo cilindrico principal del COE (200) o cuerpo del COE (200) está compuesto por un tubo (201) en posición vertical con un diámetro entre 0,1 m (4 ") y 1 ,27 m (50") y altura entre 0,25 m (10") y 3,05 m (120"). En la parte exterior del cuerpo del COE (200) se ubican tres ménsulas de apoyo (212), dispuestas a 120° entre las mismas. Sobre el cuerpo del COE (200) y perpendicular a este se encuentran dos brazos horizontales (202 y 203) con diámetro entre 0,05 m (2") y 0,91 m (36").

El brazo de entrada (202) del COE (200) tiene una facilidad lateral para instrumentación (210) y una en la parte inferior para cargue de equipo (207). El brazo de salida (203) del COE (200) tiene una facilidad lateral para instrumentación (210). Las facilidades para instrumentación (210) en los dos brazos se ubican en el mismo sentido o dirección del cuello de retiro (211) de EGOs. En el extremo superior del cuerpo del COE (200) se ubica una tapa de apertura rápida (206), en el mismo diámetro del cuerpo del equipo. Esta tapa lleva integrado un sistema de contrapeso para que una sola persona realice lá operación de apertura de la tapa.

En el extremo inferior del COE (200) se ubica un dispositivo semielíptico (211). En la parte inferior del dispositivo de retiro de EGOs se ubica una facilidad para el drenaje (209) del COE (200). En el otro extremo del dispositivo de retiro de EGOs va una tapa de apertura rápida (205).

Funcionamiento del COE

El proceso de recibo de EGOs es un proceso continuo que requiere la extracción periódica y eventual de estos elementos de las unidades colectoras COE ^' s (200), a fin de evitar el taponamiento de estos equipos, lo cual puede generar presurización al sistema de transporte y reducciones en el flujo operacional. La extracción periódica de EGOs se realiza de acuerdo a los tiempos calculados de llenado de estas unidades, los cuales dependen de la dosificación de elementos en el sistema, la capacidad volumétrica y las restricciones operativas que limitan el proceso de dosificación de EGOs. Adicionalmente, se realiza el retiro de EGOs cuando el diferencial de presión de los COEs (200) lo indique.

Es importante tener en cuenta que dado el carácter continuo de la operación de recibo de EGOs, se requiere, de por lo menos, un COE (200) en espera con el fin de no interrumpir la operación y poder realizar el proceso de extracción de EGOs.

Cada uno de los sistemas de recibo de EGOs está compuesto por colectores conectados en paralelo, el número de colectores puede ser de uno o más. Este arreglo permite que si uno de ellos se encuentra en mantenimiento o se hace el retiro de los EGOs de él, por lo menos otro pueda continuar en operación.

Una vez se cumpla el tiempo de recepción de los COEs (200), limitado por capacidad o si se presenta alguna eventualidad, se debe realizar la extracción de los EGOs. El COE (200) desocupado se deja en espera, es decir, cargado, pero no alineado, con el propósito que pueda entrar en operación tan pronto sea necesario.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Diagrama general de ubicación del DOE y COEs

Figura 2. Esquema del DOE. .

Figura 3. Vista superior del DOE.

Figura 4. Vista frontal del DOE.

Figura 5. Esquema del COE.

Figura 6. Vista superior del COE.

EJEMPLOS

El objetivo de los ejemplos es determinar las condiciones a las cuales se puede alcanzar una mayor eficiencia en la operación de inyección de EGOs en las líneas de transporte de fluidos, en este caso particular, derivados del petróleo. Las variables evaluadas son; distribución de EGOs, tipo de venteo, tiempo, tipo de fluido, cantidad de EGOs inyectados, flotabilidad, presión y caudal.

Ejemplo 1.

En este ejemplo se evalúa la distribución de los EGOs dentro del equipo dosificador, para ello las pruebas se dividen en dos tipos de configuraciones; en la primera se ubican los EGOs de mayor volumen en la parte superior, formas geométricas 1 y 2, en la parte intermedia elementos en forma geométrica 5, y por último se dejan los elementos de formas geométricas 3 y 4. En el segundo arreglo se invierte el orden del primer caso. En la Tabla 1 se muestran los resultados obtenidos.

Tabla 1. Resultados de la distribución de EGOs en el interior del dosificador.

Tipo de geometría Número de EGOs inyectados

EGOs de mayor volumen en la parte superior 321

EGOs de mayor volumen en la parte inferior 607 En la Tabla 1 se observa que al cargar inicialmente los EGOs de mayor volumen en la parte inferior del dosificador, se obtiene un rendimiento superior en un 89% comparado con la ubicación de los EGOs de mayor volumen en la parte superior.

Ejemplo 2.

En este ejemplo se evalúa la influencia del tipo de venteo, estos fueron clasificados como tipo 1 , 2 y 3 utilizado durante la inyección de elementos. Estas pruebas se realizan con tres tipos de venteo, derivados de hidrocarburo, tiempo de prueba de seis horas y en una línea de 0,41 m (16"). El tipo 1 de venteo consistió en abrir periódicamente la válvula de llenado del dosificador; el tipo 2 consistió en cerrar la válvula principal, drenar el dosificador disminuyendo un porcentaje del fluido en su interior, cerrar el drenaje y apertura de válvulas de llenado y venteo hasta llenar nuevamente el dosificador, cerrar válvulas de venteo y llenado y apertura de la principal y reiniciar la inyección, repetir del procedimiento cada hora y por último el venteo tipo 3 consistió en realizar el procedimiento del venteo tipo 2 y además, dejar abierta la válvula de llenado del dosificador durante toda la operación. La cantidad cargada de EGOs de cada tipo fue de 250.

Tabla 2. Resultados de la influencia del tipo de venteo en la inyección de EGOs

Tipo Producto Número Número Número de Número TOTAL de de Ego ^' s EGO ^' s EGO ^' s de EGO ^' s vente Geometría geometrí geometría 3 geometría

o 1 a 2 4

Ϊ Producto 52 23 12 7 94

1

2 Producto 86 34 30 34 184

2

3 Producto 120 84 23 65 292

1

De acuerdo con los resultados de la Tabla 2, se observa un mejor resultado en la operación cuando se utiliza el tercer tipo de venteo. Ejemplo 3.

En este ejemplo, luego de conocer la distribución de los EGOs y el tipo de venteo en el dosificador, se procedió a establecer el comportamiento cinético de la operación de inyección. Las pruebas consistieron en cargar determinada cantidad de cada tipo de EGOs en el dosificador y variar los tiempos de duración del ensayo, registrando posteriormente, la cantidad de elementos enviados en total. Estas pruebas se realizaron en una línea de 0,41 m (16") de diámetro que transporta productos livianos. El intervalo de presión en la línea estuvo entre 5515,81 kPa y 9652,66 kPa y valores de caudales entre 736,42 y 932,8 m ³ /h. Tabla 3. Resultados de cantidad de EGOs inyectados en línea de 0,40 m (16") de diámetro manejando productos livianos.

Número Número Número Número Número

Tiemp de Ego ^' s EGO ^' s de de de

Presión

o Geometr geometrí EGO ^' s EGO ^' s EGO ^' s TOTAL (kPa)

(horas) ía 1 a 2 geomet geomet geometrí

ría 3 ría 4 a 5

1 7584,23 17 19 25 32 7 100

1 5515,81 17 1 1 19 18 22 87

2 9652,66 35 33 23 32 1 1 134

2 7584,23 60 17 34 10 13 134

3 5515,81 33 29 57 49 0 168

3 8963,19 38 . 25 32 35 19 149

4 5515,81 47 30 53 45 10 185

4 5515,81 55 3 72 62 0 192

6 5515,81 104 49 35 48 23 259

Ejemplo 4.

En este ejemplo se presentan los resultados en la inyección de EGOs en una línea de 0,30 m (12 "), transportando productos pesados. El intervalo de presión en la línea fue entre 5515,81 kPa y 9652,66 kPa y el caudal manejado entre 360,03 m ³ /h y 474,58 m ³ /h.

Tabla 4. Resultados de cantidad de EGOs inyectados en línea con diámetro de 0,30 m (12") manejando productos pesados. Presión Número Número Número Número Número

(kPa) de Ego ^' s EGO ^' s de EGO ^' s de EGO's de EGO ^' s

Tiempo Geometría geometría geometría geometría geometría

(horas) 1 2 3 4 5 TOTAL

1 8963,19 28 45 18 20 8 119

1 8963, 19 30 40 22 19 12 123

2 8963,19 64 56 33 25 9 187

2 7584,26 68 40 48 37 21 214

3 5515,81 55 47 65 61 30 258

4 6550,02 11 64 45 49 24 193

4 6205,28 14 27 89 58 20 208

6 9652,66 88 42 57 45 30 262