ATMOS Wave Español

ATMOS Wave

Software para Detección

y Localización de Fugas

Julio, 2010

ATMOS Wave

Software de Detección y Localización de Fugas en Ductos

Atmos International March 2010 ii

ATMOS Wave Comercial en Confianza

TABLA DE CONTENIDOS

1 Generalidades .............................................................................................................................................. 1

1.1 Antecedentes ATMOSi ..................................................................................................................... 1

1.2 Antecedentes de ATMOS Wave........................................................................................................ 1

1.3 Principales Características ................................................................................................................ 2

2 Descripción General ..................................................................................................................................... 4

3 Análisis de Datos .......................................................................................................................................... 6

4 Interacción del Sistema ................................................................................................................................ 8

ATMOS Wave


Atmos International March 2010 1

ATMOS Wave Commercial-in-Confidence

1 GENERALIDADES

1.1 Antecedentes de ATMOSi

ATMOS International (ATMOSi) es el proveedor líder a nivel mundial de sistemas de detección de

fugas en ductos. La principal característica de los sistemas ATMOsi es su confiabilidad. ATMOSi

provee soluciones confiables que evitan la generación de falsas alarmas, sin perder la alta

sensibilidad del sistema.

Los productos de ATMOSi son utilizados en cientos de ductos alrededor del mundo, con aplicaciones

que van desde la detección de fugas y/o simulación de ductos, hasta complejos sistemas de gestión

de gases y líquidos. El software de ATMOSi es utilizado tanto en ductos pequeños de un kilómetro de

longitud, hasta redes de más de 8000 kilómetros.

1.2 Antecedentes de ATMOS Wave

Los ductos que utilizan sistemas de detección de fugas basados en ondas acústicas de presión

negativa han sido históricamente afectados por una alta tasa de falsas alarmas. Este pobre

desempeño ha privado al mercado de las siguientes ventajas:

- Tiempos de detección mínimos (menores de 3 minutos),

- Localización precisa de fugas (típicamente dentro de un +/- 400 metros)

- Alta sensibilidad del sistema (que excede la mostrada por los sistemas de detección de fugas con

lo mejores medidores de flujo),

- El no requerimiento de medidores de flujo para su operación

Durante los últimos años, ATMOSi ha evaluado diferentes tecnologías para detección de fugas

basadas en las ondas de rarefacción que se producen cuando se origina una fuga en un ducto. De

todas estas tecnologías, solo ATMOS Wave ha probado ser infalible en su capacidad de diferenciar

entre una onda de rarefacción producida por una fuga real y el ruído percibido por los medidores de

presión durante las operaciones transitorias en el ducto.

Esta característica única de ATMOS Wave le permite evitar la generación de falsas alarmas. ATMOS

Wave cuenta además, con un sistema de modelado tridimensional que le permite tener un

desempeño superior comparado con otros métodos tradicionales.

ATMOS Wave




Todas estas características diferencian a ATMOS Wave y proveen las siguientes ventajas competitivas

al compararse con otros métodos tradicionales disponibles en el mercado:

- Tasa mínima de falsas alarmas, asegurando un sistema de detección de fugas confiable,

- Detección de fugas tan pequeñas como un 0.1% en estático y de 0.5% en dinámico, ambas en

menos de 3 minutos.

- Detección de la apertura y cierre del ducto causados por un evento de robo;

- Detección de fugas que se desarrollan lentamente (característica importante para la detección

de robos en la tubería);

- Detección de fugas existentes,

- El sistema utiliza medidores de presión de alto rendimiento disponibles en el mercado, los cuales

son más robustos y fáciles de reemplazar que los sensores propietarios;

- Los sensores de presión utilizados por ATMOS Wave también puede ser utilizados para el control

de proceso y sus valores de presión puede ser transmitidos al DCS / SCADA.

1.3 PRINCIPALES CARACTERISTICAS

- ATMOS Wave es un sistema de detección de fugas en tuberías basado en el método de ondas de

presión negativa, el cual cumple con las normas API de 1130 (septiembre de 2007),

- Brinda una tasa mínima de falsas alarmas (ATMOS Wave incorpora una exclusiva función de alto

rendimiento para diferenciar entre una fuga y otros eventos de variación de presión),

- Utiliza medidores de presión de alto rendimiento de los mejores fabricantes,

- Los datos de presión adquiridos por ATMOS Wave están disponibles a través del protocolo

estándar internacional OPC para otras aplicaciones,

- Tiempos de detección de aproximadamente 3 minutos, combinado con una sensibilidad inferior

al 1% del flujo nominal para líquidos de una sola fase, lo cual permite reducir el tamaño del

derrame previo a la emisión de la alarma,

- Localización de fugas con un margen de error de ± 400 metros,

- Las unidades de adquisición de datos locales (AWAS-3) están certificadas según el Estándar ATEX

para la Zona 1 de la Unión Europea (una atmósfera en la cual una mezcla de aire y substancias

inflamables en la forma de gas, vapor o neblina es posible de ocurrir durante operaciones

normales, ocasionalmente),

- Las unidades de adquisición de datos AWAS-3 incorporan el almacenamiento local de datos para

mitigar los efectos de los fallos de comunicación,

- Los relojes de las unidades AWAS-3 se sincronizan continuamente a través de GPS,

- Los algoritmos permiten la detección de fugas de apertura lenta,

ATMOS Wave




- Los algoritmos permiten la detección de “fugas que cierran”, lo cual es muy útil para identificar

eventos de robo,

- No dependencia de medidores de flujo, del rendimiento de los medidores de flujo o de su

calibración o disponibilidad,

- Detección de fugas en todas las condiciones de funcionamiento,

- No hay reducción de tamaños mínimos de fuga en condiciones transitorias para tuberías con

líquidos,

- La detección es aún más precisa para condiciones estáticas (hasta un 0.1% del flujo nominal),

- Confiabilidad y exactitud comprobadas en el campo.

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2 DESCRIPCION GENERAL

El sistema de detección de fugas ATMOS Wave detecta las ondas de presión negativas asociadas con

la aparición de una fuga. Estas ondas de rarefacción se propagan desde la ubicación de la fuga en

ambas direcciones y pueden ser detectadas por los medidores de presión de alto rendimiento en los

extremos de la tubería o en un punto a través de ella. El principio básico es simple y se utiliza para

detectar y localizar fugas grandes por medio de medidores de presión regulares. Lamentablemente,

cuando este principio se aplica a fugas muy pequeñas, los sensores regulares detectan no sólo la fuga,

sino también un gran número de cambios de presión que son parte de las operaciones normales de

la tubería (ruído). Esto puede causar un gran número de falsas alarmas en este tipo de sistemas.

ATMOS Wave es el resultado de varios años de investigación y desarrollo dirigidos a producir un

sistema de detección de fugas basado en presión y que sea capaz de diferenciar entre las ondas de

presión que se originan en los escapes de pequeños agujeros, del ruido de fondo y otras señales de

presión causadas por las operaciones normales del ducto. Un examen minucioso de los causas de los

problemas de rendimiento en algunos sistemas existentes han llevado a la decisión de desarrollar un

enfoque completamente nuevo.

Este nuevo enfoque resulta sumamente exitoso. Examina todos los aspectos del frente de onda de la

presión negativa y su propagación a través de lo largo del ducto. Tres algoritmos filtran el ruido y

organizan los datos analógicos de presión en un mapa tridimensional, que permite que el sistema

distinga claramente entre fugas verdaderas y/o eventos de robo de cambios de presión causados por

la operación transitoria del ducto. Una evaluación de desempeño exhaustiva en una línea de 3

kilómetros, demostró que ATMOS Wave es capaz de distinguir consistentemente señales de fugas

durante procesos transitorios. Los algoritmos han sido rigurosamente evaluados en tuberías de

petróleo y productos derivados con gran éxito.

La interpretación de los resultados del software es sencilla e intuitiva. Cuando se produce una fuga,

una alarma de fuga es generada en un rango de 3 minutos, junto con la información de la ubicación

de la fuga. El sistema pone esta información (las alarmas y la información asociada como las

presiones) disponible en el SCADA o DCS a través del protocolo OPC. Si la pérdida es por robo,

ATMOS Wave también informará del el momento en que el robo cese.

La Figura 1 resume el proceso de 3 pasos que lleva a cabo ATMOS Wave. En el primer paso, las

señales de presión se filtran para eliminar el ruido. En el segundo paso, todos los datos analógicos de

presión se envían al procesador central y se combinan en una imagen dinámica tridimensional del

frente de onda de la presion. En el tercer paso, los algoritmos identifican las fugas, tomando en

ATMOS Wave




cuenta la distribución de la presión a lo largo de toda la tubería y su evolución dinámica a través del

tiempo.

P P

Algorithm 1

Algorithm 2

AWAS-3

Algorithm 1

AWAS-3

Noise reduction

Time

Distance

Algorithm 3

Generates 3D surface

Traverses the 3D surface

looking for leak signatures

ATMOS Wave Host PC/Server

Leak identified

Figura 1 – ATMOS Wave y sus tres pasos

En el momento de decidir entre un evento de fuga o de no-fuga, los métodos tradicionales fallan al

no mirar el escenario completo de la distribución dinámica de la presión, haciendo caso omiso de

información importante proporcionada por la imagen global. Los sistemas tradicionales envían una

multitud de advertencias al procesador central como eventos binarios, obligándolo a tomar

decisiones de fuga o no-fuga sin acceso a los datos de presión necesarios. El resultado es que los

métodos tradicionales producen una alta tasa de falsas alarmas durante las operaciones normales de

funcionamiento y más aún durante operaciones transitorias.

Estos métodos tradicionales se ocupan tanto de la interpretación de estos eventos binarios, que la

sensibilidad del sistema se reduce y algunos eventos significativos, tales como fugas de apertura

lenta y / o fugas durante efectos transitorios pueden pasarse por alto completamente.

ATMOS Wave




3 ANALISIS DE DATOS

ATMOS Wave procesa los datos de presión primarios a nivel local para eliminar el ruido, preparando

los datos para análisis posteriores. La Figura 2 muestra un ejemplo de los datos “crudos” que

contiene eventos de fugas, no perceptibles a simple vista.

Figura 2 – Datos crudos de sensores de presión con eventos de fuga

Luego del procesamiento inicial de datos en la unidad locales de adquisición de datos AWAS-3,

ATMOS Wave continúa el análisis combinando los datos de las unidades en los extremos de la tubería

en el procesador central para construir una gráfica de tres dimensiones del tiempo, distancia e

intensidad. La Figura 3 muestra una gráfica de bidimensional del espacio tridimensional generado, la

cual contiene una serie de eventos de fuga de corta duración en diferentes lugares:

Figura 3 – Representación bidimensional del gráfico tridimensional (intensidad, distancia y tiempo) que

muestra 3 eventos de fuga (marcados con un círculo)

ATMOS Wave




Figura 4 – Representación tridimensional de intensidad, distancia y tiempo mostrando un evento de fuga.

La Figura 4 es una representación del espacio tridimensional generado por ATMOS Wave. Los picos y

valles representan los cambios en la intensidad de la onda. Los picos mas pequeños a mano derecha

muestran cómo la intensidad aumenta debido a las operaciones transitorias en el ducto. El pico mas

alto es debido a una fuga. Resulta obvio debido a su mayor intensidad en comparación con los picos

producidos por transientes. ATMOS Wave identifica picos que están muy cercanos como transientes

y no produce una alarma por estos. Sólo un pico que sea un número de veces mayor que los otros

(mayor intensidad) podrá ser una fuga. La intensidad es una de las variables que se configuran,

basados en el comportamiento individual del ducto.

ATMOS Wave




4 INTERACCION DEL SISTEMA

ATMOS Wave requiere de datos provenientes directamente de los dispositivos AWAS-3 instalados en

el campo. ATMOS Wave utiliza el estándar de comunicaciones OPC para permitir la transferencia de

los datos (como los datos de presión crudos y los datos de análisisis de fugas) a sistemas externos,

para el uso de los operadores del ducto. En caso de que el sistema externo no sea compatible con un

cliente OPC de manera robusta, el cliente tiene la posibilidad de adquirir clientes OPC disponibles

comercialmente, como los proporcionados por Kepware y Matrikon, con el fin de proporcionar la

conectividad OPC necesaria a ATMOS Wave. La Figura 5 muestra dos alternativas disponibles para la

ubicación del cliente OPC:

ATMOS Wave

OPC

Data

Client

OPCATMOS Wave

OPC

Data

Client

OPC

SCADA/DCS Host(s)ATMOS Wave PC/Server

Other

= provided by Client= provided by ATMOSi

ATMOS Wave PC/Server SCADA/DCS Host(s)

Configuration 1

Configuration 2

Figura 5. Alternativas de Configuracion de la Interfase del Sistema Externo

El ambiente ATMOS Wave incluye una interfaz completa de servidor OPC. Todos los datos de ATMOS

Wave están por lo tanto disponibles para módulos externos de extracción en el lado del cliente, para

despligue a los operadores y almacenamiento de los datos en un historial.

Además, ATMOS Wave puede enviar datos a sistemas externos a través de un archivo de texto u otro

formato de datos.

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