Actuadores para el control remoto de válvulas en petróleo y gas: tipos, normas y guía de selección

Imagine una enorme tubería. Transporta petróleo o gas. Recorre muchos kilómetros. Lejos de cualquier persona. Se produce una fuga. Una gran fuga. ¿Cómo se detiene?

Esto es un gran problema. Una fuga en una tubería de petróleo o gas puede ser muy mala. Puede dañar el terreno. Puede ser muy costosa. Puede ser muy peligrosa. Cerrar una válvula a mano puede llevar horas. En ese tiempo, pueden producirse muchos daños.

Este problema se agrava. ¿Y si la tubería está en un lugar de difícil acceso? Por ejemplo, bajo el mar. O en un desierto muy caluroso. O en un lugar muy frío. Enviar a una persona a girar una válvula es lento y arriesgado. En un incendio o una explosión, no es posible en absoluto. Esto hace que una mala situación sea mucho, mucho peor. La rotura de la tubería de San Bruno en 2010 lo demostró. Se tardaron 95 minutos en cerrar las válvulas manuales. Este largo retraso hizo que el desastre fuera mucho mayor.

La solución es utilizar una máquina para cerrar la válvula. Esta máquina se llama actuador. Un actuador puede cerrar una válvula muy rápido. Se puede controlar desde lejos. Esto es el control remoto de válvulas. Protege a las personas. Protege la tierra. Ahorra dinero. Esta guía le explicará todo sobre los actuadores para el control remoto de válvulas en el sector del petróleo y el gas.

1. Por qué los actuadores remotos de válvulas son fundamentales en las operaciones de petróleo y gas

Hace mucho tiempo, todas las válvulas se giraban a mano. Un trabajador tenía que caminar hasta cada válvula y girar una rueda. Esto se llama control manual. Pero el mundo del petróleo y el gas es grande. Los oleoductos son muy largos. Algunas plataformas están en las profundidades del océano. El control manual ya no es suficiente.

Ahora tenemos actuadores para el control remoto de válvulas en petróleo y gas. Son máquinas especiales. Se acoplan a las válvulas. Pueden abrirlas o cerrarlas pulsando un botón. Un operador en una sala de control a kilómetros de distancia puede controlar la válvula. Es un cambio enorme. Hace las cosas más seguras y más rápidas.

Actuador de válvula

Casos de uso típicos

Puede encontrar estos actuadores de válvulas accionadas a distancia para líneas de transmisión de gas en muchos lugares:

• Válvulas de bloqueo: Son grandes válvulas situadas en una tubería larga. Pueden cerrar una sección de la tubería.
• Válvulas ESD: Esto significa válvula de cierre de emergencia (ESD). Deben cerrarse muy, muy rápido en caso de emergencia.
• Estranguladores: Una válvula de estrangulamiento controla la cantidad de petróleo o gas que fluye a través de una tubería.
• Parques de tanques: Son lugares con muchos tanques grandes para almacenar petróleo. Los actuadores controlan las válvulas para llenar y vaciar los tanques.
• Terminales: Aquí es donde el petróleo y el gas se cargan en barcos o camiones.
• Plataformas marinas: Son las grandes estructuras en el mar para extraer petróleo.

Seguridad, tiempo de actividad y normas

La seguridad es la principal razón para utilizar actuadores remotos. Si hay una fuga, hay que detenerla rápidamente. Las explosiones de las refinerías de San Bruno y PES se agravaron por la falta de actuadores remotos en las válvulas de purga y antorcha. Las nuevas normas obligan a instalar válvulas de control remoto (RCV) o válvulas de cierre automático (ASV) en muchas tuberías.

El tiempo de funcionamiento también es muy importante. El tiempo de actividad es el tiempo que una planta o tubería está funcionando y generando dinero. Si hay que girar una válvula, no hay que pararlo todo. Con un sistema de control remoto de válvulas para petróleo y gas, puede controlar las válvulas sin detener el trabajo. De este modo, el petróleo y el gas siguen fluyendo.

2. Cuando se utilizan actuadores de válvulas remotos

Los actuadores remotos de válvulas se utilizan en todas partes en la industria del petróleo y el gas. Desde el pozo hasta el usuario final.

• Aguas arriba: Aquí es donde el petróleo y el gas salen de la tierra. Los actuadores están en el panel de control del pozo. Controlan los actuadores de la válvula de seguridad del cabezal de pozo para el cierre de emergencia. A válvula de agua inteligente puede ayudar a gestionar el agua utilizada en este proceso.
• Midstream: Es cuando se transporta el petróleo y el gas. Lo transportan largas tuberías, denominadas oleoductos de transporte. Aquí encontrará actuadores de válvulas remotas para oleoductos. Se utilizan en estaciones de compresión de gasoductos y parques de tanques.
• Aguas abajo: Aquí es donde el petróleo y el gas se convierten en otras cosas, como gasolina. Esto ocurre en una refinería petroquímica. Aquí hay muchas válvulas que hay que controlar.
• Offshore y Subsea: Esto es en el océano. Las soluciones de actuación submarina y en superficie para yacimientos marinos son muy importantes. Un actuador puede estar en un buque FPSO (Floating Production Storage and Offloading) o en el fondo del mar como actuador de válvula submarina.

3. Tecnologías básicas de actuadores para el control remoto de válvulas

Existen varios tipos principales de actuadores. Cada uno funciona de una manera diferente. Elegir el adecuado es muy importante.

Tipos de actuadores

• Actuadores neumáticos: Utilizan aire a presión para mover la válvula. Son sencillos y resistentes. Un actuador neumático de yugo escocés es bueno para válvulas de alto par.
• Actuadores hidráulicos: Utilizan un fluido como el aceite para mover la válvula. Son muy potentes. Un actuador hidráulico lineal para válvulas de estrangulamiento puede proporcionar un control muy preciso.
• Actuadores de gas sobre aceite: Utilizan el gas de la propia tubería para alimentar un sistema hidráulico. Esto es muy inteligente para lugares remotos.
• Actuadores electrohidráulicos: Utilizan un motor eléctrico para bombear fluido hidráulico. Son rápidos y potentes, buenos para ESD.
• Actuadores eléctricos: Utilizan un motor eléctrico. Son muy inteligentes. Un actuador eléctrico inteligente con posicionador integrado conoce la posición exacta de la válvula. Son perfectos para actuadores de válvulas controlados por SCADA para redes de tuberías.

Las fábricas como Navarch son clave aquí. Se dedican a suministrar dispositivos inteligentes y soluciones de válvulas. Con instalaciones avanzadas y una gran capacidad, producen una amplia gama de válvulas. Un equipo experimentado se centra en I+D para crear productos de alta calidad. No ofrecen sólo la válvula, sino el sistema completo. Esto garantiza que los clientes obtengan los mejores productos y asistencia. Por ejemplo, su experiencia en actuadores eléctricos de válvulas garantiza que incluso una válvula de bola estándar pueda formar parte de un sistema inteligente.

Comparación de tecnologías

Esta tabla ayuda a comparar los tipos.

Tabla 6 - Tecnologías de actuadores habituales para el accionamiento remoto de válvulas en el sector del petróleo y el gas

4. Arquitecturas de control: Cómo se impulsan

Un actuador necesita un cerebro. Necesita que le digan cuándo abrirse y cerrarse. Este es el sistema de control.

Puede haber un panel de control local justo en la válvula. Pero para el control remoto, la señal viene de lejos. Procede de una sala de control principal. Esto se hace a través de un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

El actuador y la sala de control se comunican entre sí. Utilizan lenguajes especiales, llamados protocolos. Algunos comunes son:

• Protocolo de comunicación HART
• Protocolo Modbus
• Profibus DP

Un actuador eléctrico inteligente puede hacer algo más que abrir y cerrar. Puede indicar a la sala de control si hay algún problema. Puede enviar datos de diagnóstico y monitorización del estado del actuador de la válvula. Esto es muy útil. Es una parte de los actuadores de válvulas industriales IoT para la monitorización en tiempo real. Una empresa que ofrece automatización completa de sistemas, como Navarch, puede ayudar a construir estos sistemas inteligentes para mejorar la eficiencia y reducir el uso de energía.

5. Seguridad, normas y cumplimiento

No se puede utilizar cualquier actuador. Debe ser muy seguro. Debe cumplir muchas reglas y normas. Esto es muy importante en el mundo del petróleo y el gas.

Algunas de las normas más importantes son:

• Instituto Americano del Petróleo (API): Este grupo elabora muchas normas para el petróleo y el gas. Por ejemplo, la Especificación API 6D es para válvulas de oleoductos. API Especificación 6A es para piezas de boca de pozo. Un actuador debe trabajar con válvulas que cumplan estas normas.
• ATEX / IECEx: Son normas para equipos en lugares donde puede producirse una explosión. Un actuador de válvula antideflagrante para zonas peligrosas debe tener un certificado de la Directiva ATEX.
• SIL (Nivel de integridad de la seguridad): Es una medida del nivel de seguridad de un sistema. Un actuador de válvula con certificación SIL3 es muy, muy seguro. Se utiliza para los sistemas de seguridad más importantes, como una válvula de parada de emergencia (válvula ESD) o un sistema de protección de presión de alta integridad (HIPPS).
• A prueba de incendios: Un actuador de válvula a prueba de incendios que cumpla la norma API 607 está diseñado para seguir funcionando en caso de incendio.

Cumplir estas normas no es fácil. Requiere una ingeniería experta y pruebas muy estrictas. Una fábrica profesional centrada en el control de calidad, como Navarch, garantiza que sus productos cumplen estas normas. Sus múltiples y rigurosas pruebas antes de la entrega garantizan que sus soluciones de válvulas sean fiables para las industrias más exigentes.

6. Alimentación de estaciones de válvulas remotas

¿Cómo se alimenta un actuador en medio de la nada? Se trata de un gran reto.

• Electricidad de línea: Si hay electricidad cerca, puedes utilizarla. Esta es la forma más sencilla.
• Gasoducto: Para un gasoducto, un actuador de gas sobre aceite utiliza la presión del gas en la tubería.
• Energía solar: Un actuador de válvula eléctrico alimentado por energía solar para sitios remotos es una gran solución. Un panel solar carga una batería. La batería alimenta el actuador. Esto permite colocar una válvula en cualquier lugar donde brille el sol. El estudio de caso de la Tabla 5 muestra que esto funciona bien, alimentando actuadores en válvulas de bola cada 5 millas en una tubería de agua en Texas. Estos sistemas pueden proporcionar energía suficiente para 5 movimientos completos de válvulas al día durante 5 días, ¡incluso sin sol!

7. Criterios clave de diseño y dimensionamiento

Elegir un actuador no es sólo escoger un tipo. Hay que elegir el tamaño y las características adecuadas.

• El par: Es la fuerza de giro. El actuador debe tener suficiente par para abrir y cerrar la válvula.
• Tiempo de carrera: Es la rapidez con la que el actuador puede cerrar la válvula. Para una válvula ESD, tiene que ser muy rápido.
• A prueba de fallos: ¿Qué ocurre si se corta la corriente? Un actuador a prueba de fallos irá a una posición segura. Puede que falle al cerrar o al abrir. Un retorno por muelle a prueba de fallos actuador de la válvula neumática utiliza un resorte grande para hacer esto.
• Entorno: El actuador debe ser capaz de trabajar en su ubicación. Un actuador de válvula resistente a la corrosión para plataformas marinas está fabricado con materiales especiales. Un actuador de válvula sumergible IP68 puede funcionar incluso bajo el agua.

8. Guías de selección específicas para cada aplicación

El mejor actuador depende del trabajo.

• Gasoductos de larga distancia: Aquí, la fiabilidad es clave. Los actuadores de gas sobre aceite son habituales para válvulas de bloqueo en oleoductos de larga distancia. Los actuadores eléctricos alimentados por energía solar también son una buena opción.
• Parques de pozos: Tienen muchas válvulas en un área pequeña. Suelen utilizarse actuadores eléctricos compactos para paquetes montados sobre patines.
• GNL y servicio criogénico: El gas natural licuado (GNL) es muy frío. El actuador debe ser capaz de trabajar en el frío. Se necesita un actuador de válvula criogénico especial para el servicio de GNL.
• Offshore y Subsea: Son los lugares más duros. Los actuadores deben resistir el agua salada y la alta presión. A válvula motorizada diseñado para esta tarea es esencial.

9. Fiabilidad, mantenimiento y coste del ciclo de vida

Un actuador debe funcionar cuando usted lo necesita. La fiabilidad lo es todo.

Los buenos actuadores disponen de funciones para comprobar su estado. Los actuadores de prueba de carrera parcial para válvulas ESD pueden probar una válvula de emergencia sin cerrarla completamente. Esto demuestra que está lista sin detener el flujo.

El mantenimiento es otro punto clave. Un actuador de válvula de bajo mantenimiento para operaciones remotas ahorra mucho tiempo y dinero.

Cuando compre un actuador, debe pensar en el Coste Total de Propiedad (CTP). No se trata sólo del precio de compra. También es el coste de funcionamiento y reparación durante muchos años. Un actuador más barato puede costar más a largo plazo si se avería con frecuencia. Confiar en un proveedor conocido por su fiabilidad a largo plazo, como Navarch, puede reducir el TCO y dar tranquilidad.

10. Lista de comprobación de las especificaciones paso a paso

¿Cómo pedir el actuador adecuado? Siga estos pasos.

1. Defina la válvula y el proceso: ¿De qué tipo de válvula se trata (de bola, de compuerta, etc.)? ¿Qué hay en la tubería? ¿Cuál es la presión y la temperatura?
2. Confirme las necesidades de seguridad: ¿Se trata de un sistema ESD? ¿Cuál es el objetivo SIL? ¿Qué normas debe cumplir (API 6D, ATEX)?
3. Seleccione Tecnología y Potencia: Elige el tipo de actuador (eléctrico, neumático, etc.). Cómo lo alimentarás (solar, red, gas)?
4. Defina la interfaz de control: ¿Cómo se comunicará con él (SCADA, HART, Modbus)?
5. Valide el dimensionamiento: Compruebe el par, el tiempo de carrera y la acción a prueba de fallos.
6. Plan de pruebas: Asegúrate de que se probará correctamente antes de instalarlo.

Este proceso le garantiza que obtendrá los paquetes de actuadores adecuados que cumplen las normas API y ASME. Para proyectos complejos, trabajar con un socio que ofrezca integración completa de sistemas y soporte de ingeniería, como Navarch, es una buena elección. Pueden ayudarle con todo, desde un función de la válvula reguladora a una automatización completa de la planta.

11. Preguntas más frecuentes

• ¿Qué tipo de actuador es mejor para las válvulas de bloqueo de tuberías remotas?
  • Esto depende. Los actuadores de gas sobre aceite son una opción clásica para las tuberías de gas. Los actuadores de válvulas eléctricos alimentados por energía solar para la industria del gas y el petróleo se están haciendo muy populares porque son limpios e inteligentes.
• ¿Cómo elegir entre actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos?
  • Piense de qué potencia dispone. Si dispone de aire comprimido, la neumática es sencilla. Si necesita una fuerza enorme, la hidráulica es buena. Si tienes electricidad (o sol) y quieres un control inteligente, lo mejor es la electricidad.
• ¿Qué significa la conformidad API 6DX para mi paquete de actuadores?
  • API 6DX es una norma específica para actuadores utilizados en válvulas API 6D. Significa que el actuador ha sido sometido a pruebas de presión, entorno y funcionamiento para que funcione correctamente con una válvula de tubería.
• ¿A qué velocidad debe cerrarse una válvula ESD?
  • ¡Muy rápido! La nueva norma de la PHMSA en EE.UU. exige que un segmento de tubería roto se aísle en 40 minutos. El actuador y la válvula deben ser capaces de cumplir este tiempo. Los datos muestran que las RCV se cierran en unos 30 minutos de media, mucho más rápido que las válvulas manuales.
• ¿Pueden los actuadores de válvulas remotas funcionar totalmente con energía solar?
  • Sí. Como se ha visto en estudios de casos, un sistema de energía solar bien diseñado con baterías puede alimentar de forma fiable actuadores de válvulas de control alimentados por CC con paneles solares para emplazamientos remotos de petróleo y gas, incluso con muchos días nublados.

Desde mantener la seguridad de los trabajadores hasta proteger nuestro planeta, los actuadores adecuados para el control remoto de válvulas en el sector del petróleo y el gas marcan la diferencia. Al elegir una tecnología probada de un socio fabricante con experiencia, no solo está comprando un producto, sino que está invirtiendo en seguridad, fiabilidad y una forma más inteligente de trabajar.