Diseño y simulación de un sistema de control predictivo de perturbaciones hidráulicas y de proceso en el transporte de hidrocarburos

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

Predictive control systems are essential to guarantee efficiency and safety in the transport of hydrocarbons, especially in complex environments such as Colombia, where factors such as orography, abrupt starts and stops, mixture of interfaces and variations in fluid density generate significant disturbances. The design and simulation of a predictive control system aimed at mitigating these hydraulic and process disturbances in pumping plants is proposed. For its development, historical operating data was analyzed, and machine learning models were implemented to identify the critical variables to be controlled. System simulation and predictive control integration were carried out using specialized software such as ASPEN Hysys and Rockwell Automation's RsLogix 5000. The main goal is to improve operational efficiency and minimize unscheduled downtime by real-time monitoring of suction and discharge pressures at each plant. This was achieved by dynamically adjusting the pump speed in the upstream plant based on the disturbance detection algorithm, ensuring that the system operates within safe limits. In addition, a proposal was presented for the efficient exchange of operational data when using the existing communication infrastructure. This system contributes to optimizing the management of hydrocarbon transport that increases the reliability and safety of the process.

Descripción

Los sistemas de control predictivo son fundamentales para garantizar la eficiencia y seguridad en el transporte de hidrocarburos, especialmente en entornos complejos como el colombiano, donde factores como la orografía, arranques y paradas abruptas, mezcla de interfases y variaciones en la densidad del fluido generan perturbaciones significativas. Se propone el diseño y simulación de un sistema de control predictivo orientado a mitigar estas perturbaciones hidráulicas y de proceso en las plantas de bombeo. Para su desarrollo, se analizaron datos históricos de operación y se implementaron modelos de machine learning para identificar las variables críticas a controlar. La simulación del sistema y la integración del control predictivo se llevaron a cabo mediante softwares especializados como ASPEN Hysys y RsLogix 5000 de Rockwell Automation. El objetivo principal es mejorar la eficiencia operativa y minimizar las paradas no programadas mediante el monitoreo en tiempo real de las presiones de succión y descarga en cada planta. Esto se logró al ajustar dinámicamente la velocidad de la bomba en la planta anterior según el algoritmo de detección de perturbaciones, lo que garantiza que el sistema opere dentro de límites seguros. Adicionalmente, se presentó una propuesta para el intercambio eficiente de datos operativos al usar la infraestructura de comunicación existente. Este sistema contribuye a optimizar la gestión del transporte de hidrocarburos que incrementa la confiabilidad y seguridad del proceso.

Palabras clave

Control predictivo, Perturbación hidráulica, Simulación, Transporte de hidrocarburos

Materias

Especialización en Informática y Automática Industrial -- Tesis y disertaciones académicas , Sistemas de control predictivo , Perturbaciones hidráulicas , Transporte de hidrocarburos

Citación