CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1. Planteamiento del problema.
Una de las instalaciones de mayor importancia en la industria petrolera mundial lo constituyen los oleoductos, reconocidos como un medio por excelencia de transporte confiable, destinados a la recolección de crudo, gas y productos derivados de petróleo entre las diferentes facilidades de producción, almacenamiento y procesamiento.
Esta importancia también se observa en el uso extendido de los mismos en todo lugar donde existe actividad de explotación petrolera. A este respecto, en la Conferencia Anual del petrolero llevada a cabo en Calgary Canadá (2002) se presentó un informe el cual señala la existencia de más de 3.5 millones de Kilómetros de tuberías en el mundo.
A titulo ilustrativo, en esta conferencia de la OPS (2002) se reportó que tan solo en los Estados Unidos de Norte América habían, para el año 1942, aproximadamente 96000 kilómetros de tubería y luego de la segunda Guerra Mundial, con el incremento de la demanda energética, fueron necesarios nuevos proyectos para enfrentar las severas condiciones de operación, ya para el año 1999 la Office of Pipeline Safety – OPS informó, que tan solo en
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Estados Unidos, el aumento llegó a 2.148.015 kilómetros de oleoductos para la transmisión de fluidos hidrocarburos, con lo cual se constituyen en una de las instalaciones de transporte más relevantes del mundo.
Este crecimiento en las redes de recolección para el trasporte de crudo, ha planteado una importante actividad en el diseño y construcción de nuevos oleoductos con origen en dos vertientes; la primera referida a la necesidad de restitución de un tendido por haber cumplido con su vida útil y la otra asociada a nuevos desarrollos de yacimientos que demandan de sistemas de transporte para conducir fluidos, productos de las operaciones hacia los centros de tratamiento y despacho para su procesamiento.
Muchos de estos proyectos, por su complejidad, demandan grandes esfuerzos de ingeniería en especial aquellos donde los recorridos suponen tomar decisiones de trascendencia para la fase de construcción y operación de forma que se pueda cumplir con las regulaciones locales donde se instalarán para su funcionamiento adecuado dentro del contexto operacional.
Tradicionalmente en los diseños de estos sistemas de tubería en la fase conceptual se estudian todas las alternativas cuyo impacto económico repercute en la fase de construcción y operación. Luego se recurre a prescripciones científicas estandarizadas de ingeniería a través de las cuales se definen el diámetro, espesores, accesorios, materiales entre otras aspectos técnicos.
A pesar de existir estas técnicas estandarizadas de diseño y tanta experiencia acumulada, se ha observado que mucha inconsistencia en los
diseños al aplicar las regulaciones inte rnacionales como las normas de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), a pesar que en ellas se precisan conceptos modernos de la confiabilidad, pero que pocas veces son tomados en cuenta por los equipos de proyectos. En efecto, recientemente fue publicada la norma API 1111 (2009) “diseño, construcción, operación, operación y mantenimiento de oleoductos y gasoductos costa afuera basada en el estado límite”, en la cual se establecen consideraciones especificas para el establecimiento sistemático del cálculo de las probabilidades de fallas junto con el estudio preliminar de los modos y efectos de éstas en las etapas preliminares del diseño.
Al respecto conviene repasar brevemente como ha evolucionado la inclusión del concepto de diseño confiable en los últimos años. Por ejemplo en 1980 el ingeniero Bezat de la empresa Honeywell Avionics Division presentó un reporte donde relaciona la filosofía de confiabilidad con el proceso de diseño reportando una mejora en el enfoque gerencial de los procesos de ingeniería con mejora en las expectativas de los clientes y una reducción significativa de errores.
Años mas tardes la ISO presenta el documento 2394 titulado Principios generales de confiabilidad para estructuras (1998) en el cual se desarrollan consideraciones para la aplicación de la confiabilidad dentro del proceso de ingeniería que luego son presentadas por Siahpush (1991) como la necesidad de que los ingenieros de proyectos atiendan la confiabilidad como parte integral de la fase de diseño conceptual.
Tales consideraciones, evolucionaron tanto que en 1996 se incluye dentro de la guía para la definición de proyectos PDRI, un apartado que se denomina “filosofía de la confiabilidad” como un aspecto a revisar dentro del proceso de ingeniería. Esta filosofía toca aspectos de integridad mecánica así como la identificación, análisis, cuantificación, la mejora, la validación y el control de los aspectos de la confiabilidad durante el diseño y desarrollo.
Esta tendencia mundial de aplicar los elementos de la confiabilidad en el diseño ha propiciado la creación documentos internacionales que orientan hacia su aplicación de allí que han surgido prácticas especificas como la IEEE (2007) denominada “ Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems” (Practicas recomendadas para el diseño industrial y comercial confiable de sistemas de potencia) la cual presenta los fundamentos de la confiabilidad aplicado a la planificación del diseño de sistemas de distribución eléctrica, industrial y comercial
A pesar del enorme desarrollo en este campo de la confiabilidad operacional se ha observado que sus principios son escasamente aplicados en la ejecución de proyectos de nuevos oleoductos en la fase conceptualización. De hecho, se observa que están limitados a evaluar las estrategias de mantenimiento cuando ya los sistemas están en funcionamiento y experimentan los efectos del deterioro, perdiendo con ello la oportunidad de introducir mejoras en una etapa temprana del diseño.
Lo anterior revela la creciente necesidad de aplicar los métodos de confiabilidad al diseño de líneas los cuales han pasado del esquema tradicional indicado en las normas ASME hacia consideraciones del estado límite reflejado en la norma API 1111 (2009). Es como señala Nessim, Zimmerman y otros (2002 p.4) en la 4ta conferencia internacional de tuberías al decir que “las ventajas de este enfoque incluyen un costo general menor para el mismo nivel de seguridad, seguridad más coherente en toda la gama de parámetros de diseño y una capacidad integrada para enfrentar nuevas situaciones de diseño”, entendiendo con ello la obtención de una mejora significativa en la operatividad de los nuevos oleoductos.
En este contexto al revisar el caso venezolano, en particular las operadoras de PDVSA Petróleo, dentro del proceso de diseño en la fase de ingeniería de oleoductos, se ha observado que a pesar de existir documentos en los cuales se soportan los procesos de ingeniería, un manual general denominado “Manual de Ingeniería de Diseño” (1996) que esta conformado por más de cincuenta (50) procedimientos o prácticas de ingeniería que se sustentan en las normas internacionales para su aplicación, el Manual de Diseño de gasoductos ( 1986) y el Sistema unificado de la Calidad (2001), no existen pautas especificas para desarrollar un diseño que tome en cuenta la confiabilidad operacional.
La ausencia de las consideraciones de mantenibilidad, riesgo y las probabilidades de fallas en la ingeniería de los oleoductos que tiene lugar en la fase conceptualización de los proyectos, ha generado cambios en los
alcances de las obras e incluso la omisión de aspectos fundamentales del mantenimiento como las consideraciones de inspección y limitaciones de temperatura, conllevando muchas veces a disponer de sistemas vulnerables y poco duraderos ante las exigencias del mapa operacional.
Estas omisiones ha conllevado muchas veces a imprecisiones de información para el análisis y a la aplicación de criterios demasiados conservadores, al no tomar en cuenta lo señalado por Penspens (2004)
“factores de servicio que repercuten en la integridad de este tipo de instalación”, es decir diseños a veces muy robustos de alto costo y con problemas en su construcción.
Otra manifestación de la problemática actual del diseño conceptual, esta relacionado con la ausencia de criterios de mantenibilidad como requisito para las consideraciones marginales de los mecanismos de fallas que son abordados de forma conservadora y en ausencia de los criterios de confiabilidad lo que ocasiona un incremento arbitrario en el “factor de seguridad” que repercute muchas veces en elevar los costos de los proyectos. Esto tiene su origen en la ausencia de directrices de confiabilidad para llevar a cabo un proceso analítico de predicción sobre los distintos escenarios que se presentan dentro del diseño.
También, se ha evidenciado en los productos de ingeniería, escasa consideración de los análisis funcionales, que permitirán construir alternativas técnicamente factibles, situación que ha conllevado a la selección de opciones de materiales que no responden a las condiciones
impuestas por los rangos operacionales resultando en su vida útil estar por debajo de las expectativas originales del proyecto. En otras ocasiones los problemas han estado relacionados con limitaciones para construir debido a que las premisas del diseño fueron insuficientes.
En cuanto a los estudios de ruta, se ha manifestado serios inconvenientes, al omitir estudios preliminares exploratorios del terreno, accesos, presencia de otras instalaciones y de impacto ambiental, que luego inducen a importantes cambios por la imposibilidad de construcción, originando incremento de los costos del proyecto y retraso en la culminación planificada.
Por lo tanto, la aplicación oportuna de la confiabilidad operacional en el diseño de los oleoductos permite una significativa reducción de costos relacionado con las decisiones tomadas durante las primeras etapas de la ingeniería. Estas decisiones se refieren a requisitos operativos, factores de prestaciones y efectividad, configuración, concepto de mantenimiento, cantidad de producción, factores de utilización, predictibilidad de falla, vida remanente, diseño en estado límite, entre otros.
En efecto, las decisiones actuales solo toman en cuenta, de las alternativas técnicamente factibles, como único criterio de decisión los aspectos indicadores económicos, omitiendo las consideraciones de viabilidad basada en el cumplimiento de los requisitos de la confiabilidad operacional, que asegure la inclusión de sus herramientas dentro de un proceso de optimización para la lograr una selección aceptable y rentable
para el valor esperado del ciclo de vida del nuevo oleoducto, en cumplimiento de los requisitos básicos de diseño que normalmente contienen las normas.
Dicho de otro modo, existe la posibilidad de que la confiabilidad sea concebida en los sistemas de oleoductos desde la planeación inicial del diseño y construcción. A este respecto, resulta pertinente resaltar lo establecido por la guía para construcciones nuevas, incluyendo ASME B31.4, que exige de estos estándares sean aplicados por los profesionales de la ingeniería desde las etapas tempranas de la ingeniería.
De lo anterior se infiere que para controlar el costo final del ciclo de vida de los nuevos oleoductos, se hace necesario aplicar un alto grado de atención a la confiabilidad, particularmente durante la ingeniería y desarrollo para lograr disponer de criterios claros que lleven al mayor aprovechamiento de las potencialidades del diseño. Para ello, los profesionales de la ingeniería en la Industria Petrolera deben contemplar la confiabilidad operativa, de un modo sistemático, durante las primeras etapas del desarrollo del sistema de tuberías enmarcado dentro de un modelo que integre éstos conceptos.
Las posibles causas que originan esta problemática tiene su origen en la poca comprensión que tienen los profesionales de la ingeniería de los parámetros operativas de la confiabilidad operacional dentro del proceso de diseño conllevando, muchas veces, en omitir atributos y criterios esenciales para la construcciones conceptual de las consideraciones de mantenibilidad, riesgo, funcionalidad y probabilidad de fallas dentro de las alternativas que se estudian desarrollar como mejor opción para la necesidad operacional de
transporte de hidrocarburo. Limitando la fase conceptual a un mero ejercicio económico que no necesariamente refleja el mejor criterio de decisión para un diseño particular.
Esto es especialmente importante si se toma en cuenta que con el paro petrolero del año 2002 ocurrió una pérdida importante de profesionales de la ingeniería, a partir de ese momento se ha hecho necesario adiestrar a los nuevos ingenieros lo que tiene su implicación en los nuevos proyectos.
Por lo tanto, se precisa de un modelo que ayude a estos profesionales a estructurar adecuadamente los principios de la confiabilidad de forma ordenada desde las primeras etapas del diseño. Por ejemplo, muchas veces se dispone de importantes datos históricos de mantenimiento donde se recogen datos de fallas de importante valor estadístico para definir la probabilidad de ocurrencia de eventos así como el reconocimiento de diferentes tipos de daños acorde con la condición operacional. Sin embargo, esta información no es tomada en cuenta al momento de determinar la conveniencia de una filosofía de mantenimiento o establecer los niveles de confiabilidad esperados.
En atención a esta necesidad, se plantea la generación de un documento que integre y especifique las acciones a seguir en confiabilidad de los oleoductos con repercusión en la operación y mantenimiento de estos activos, influenciando en los resultados de costos y tiempo durante las etapas tempranas del proyecto.
Con la inclusión d este modelo al proceso de ingeniería se pronostica un mejora sustancial en la forma como establecer los atributos y criterios del diseño, definiendo con ello los aspectos claves del mantenimiento en la fase mas temprana del proyecto; mantenibilidad, riesgo, funcionabilidad, confiabilidad humana, probabilidades de falla, lo cual conllevará a un esquema robusto de decisiones donde converjan todos estos aspectos y no meramente el económico, mejorando con ello la confiabilidad operacional del diseño conceptual de los oleoductos.
En función de lo antes expuesto, se puede señalar que el problema tiene dos grandes vertientes: la primera, la cual será objeto de estudio para esta investigación, observada en la ausencia de un modelo para mejorar la confiabilidad operacional donde converjan los mejores criterios, así como, prácticas de ingeniería, en donde se incorporen todos los requerimientos de confiabilidad en la construcción de nuevos oleoductos en la industria petrolera; y la otra, orientada a desarrollar una estructura jerárquica para seleccionar la alternativa de diseño donde se reúnan las mejores prácticas de mantenimiento y confiabilidad presentes a lo largo de la vida del activo apoyado en criterios de desempeño previamente definidos por el equipo de proyectos.
Dentro de este marco, se plantea ordenar los conceptos de confiabilidad operacional que tradicionalmente son aplicados al mantenimiento hacia el diseño con lo cual se dispondrá de un documento que integre a la ingeniería con la operación y rutinas de mantenimiento
disminuyendo con ello, en la fase de servicio, las paradas inesperadas, extendiendo en forma significativa la vida útil de los activos, mayor disponibilidad de la instalación y menor costos por mantenimiento. Además de evitar problemas en la construcción por escasos criterios en la selección de rutas, materiales, métodos de construcción, que ocasionen retraso en el cumplimiento de la entrega del proyecto.
Por lo tanto, se hace necesario un modelo para el mejoramiento de la confiabilidad operacional en el diseño en la fase Conceptualización donde converjan los aspectos técnicos fundamentales de los parámetros operativos y herramientas aplicadas al ciclo de vida de los Oleoductos en la industria Petrolera venezolana , originando de esta manera, sistemas de transporte con esquemas de funcionamiento confiable, así como contribuyendo a la formación integral del componente humano que interviene en todo el proceso de diseño desde su fase mas temprana.
1.1. Formulación del problema
Por lo anteriormente mencionado se formula el problema a través de la siguiente interrogante, la cual requiere la búsqueda de respuesta que permita desarrollar una propuesta factible ajustada a la necesidad actual de un modelo para el mejoramiento de la confiabilidad de los oleoductos:
¿Cuál modelo mejorará la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase Conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera?
2. Objetivos de la investigación
2.1 Objetivo general
Proponer un modelo para el mejoramiento de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase Conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
2.2 Objetivos específicos
Diagnosticar la situación actual de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
Identificar los parámetros de la confiabilidad operacional aplicables a los oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
Describir los elementos que intervienen en el proceso de diseño de oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
Identificar las herramientas de confiabilidad operacional aplicables al proceso de diseño de los oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
Establecer las fases del modelo para mejoramiento de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
Diseñar el modelo para el mejoramiento de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase conceptualización de los proyectos en la Industria Petrolera Venezolana.
3. Justificación de la investigación
En la industria petrolera mundial se desarrollan innumerables proyectos de ingeniería fundamentados en la aplicación de mejores prácticas de diseño y construcción de forma que respondan a las exigencias de las regulaciones y normas locales de seguridad, siendo la fase de ingeniería en su etapa temprana donde se genera un importante esfuerzo humano.
Esta fase corresponde a la conceptualización donde tiene lugar la toma de decisiones que tendrán mayor repercusión en los costos del ciclo de vida del proyecto, por lo que se en esa fase se tiene las mayores oportunidades de mejoras relacionadas a la tecnología, filosofía de funcionamiento y estrategias de construcción.
En este contexto resulta claro que hay mucha oportunidad de influenciar los resultados de costo y tiempo durante las etapas tempranas del proyecto, cuando los desembolsos son relativamente mínimos que en las etapas subsiguientes; deconstrucción y operación de la instalación. Lo mismo sucede al aplicar confiabilidad a las instalaciones, si los conceptos son aplicados tempranamente, la influencia que puede tener en el nivel de confiabilidad del producto/instalación será mucho mayor al compararlos son su aplicación en una fase intermedia o tardía del proyecto.
Desde esta perspectiva, el presente trabajo de investigación se perfila como un relevante insumo para la industria petrolera, de aplicación práctica y factible, en torno a la posibilidad de adaptar nuevos enfoques de la ingeniería , dirigidos a garantizar el cumplimiento total, de cada una de las metas y objetivos corporativos formulados en el corto, mediano y largo plazo, mediante el aseguramiento de un optimo funcionamiento de los oleoductos con el uso de las herramientas de avanzadas utilizadas en el proceso productivo con un mínimo impacto al negocio.
En cuanto al aspecto teórico, se integran los más modernos conceptos desarrollados en torno al mejoramiento de la confiabilidad con un intenso análisis comparativo entre lo que sé esta haciendo en esta materia y su adaptación a los procesos productivos de la Industria Petrolera en la fase conceptualización. Además este trabajo sirve de base a otras investigaciones con variables similares a las presentadas, lo cual les da semejanza en el procedimiento metodológico.
Para el aspecto metodológico este trabajo refleja su aporte en el desarrollo de un nuevo modelo de correlación práctica entre los aspectos científicos de la investigación y la necesidad de tomar aspectos del ambiente operacional e integrarlos desde el diseño de los oleoductos. También, significa un aporte en el desarrollo de un instrumento que contribuye a la evaluación metodológica del diseño bajo consideraciones de confiabilidad operacional.
Además la investigación conducirá a la elaboración de un significativo análisis comparativo de los elementos que caracterizan tanto los procesos tradicionales como los más actualizados enfoques aplicados al mantenimiento y que pueden ser trasladados a la fase de ingeniería de oleoductos, lo que conducirá a establecer una serie de procedimientos metodológicos que servirán de fundamento y apoyo para estudios que persigan fines similares, así como también para la empresa al momento de realizar nuevos diseños de oleoductos.
4. Delimitación de la investigación
Este estudio estuvo enmarcado en las áreas de conocimiento de gerencia de proyectos, específicamente en la línea de investigación relacionada a sistemas o modelos gerenciales, operativos y su aplicación a proyectos industriales, apoyado en el uso de la ingeniería de la confiabilidad como base para el establecimientos de todas las filosofías aplicables a los procesos de diseño de oleoductos para el transporte de hidrocarburos líquidos.
Para este estudio, se estudiaron las fases de aplicación de la confiabilidad como una respuesta sistemática a la necesidad de mejorar el diseño conceptual. Estuvo desarrollado en las Gerencias de procesos de superficie Lago y de Coordinación Operacional de PDVSA EyP Occidente por contar con la mayor cantidad de unidades de producción y mas de 55000
kilómetros de tendidos de tuberías en ambientes de tierra firme y costa afuera.
Lo anterior es significativo, debido a que se logran estudiar tanto ambientes en tierra firme como los requisitos de costa afuera donde las consideraciones en cuanto a los estudios preliminares tiene una particular diferencia dado el impacto ambiental que supone instalar estos medios de transporte cumpliendo con elevadas exigencias que imponen las regulaciones locales.
En cuanto a la consideración teórica, la investigación se fundamentó en hacer la diagnosis documental dentro de tres enfoques de ingeniería. El primero orientado hacia la revisión detallada del diseño conceptual de oleoductos bajo desde la perspectiva de Mohitpour M, Golshan H y Murray M. (2003), Bai Y. (2003), Guo .B, Song S, y otros. (2005), Alkazraji D (2008), el segundo se concentró en estudiar las consideraciones de la confiabilidad operacional desde el diseño en proyectos industriales que hacen Amendola (2006) y Arata A. (2009), y por último se estudió la manera de lograr un adecuada predicción de la confiabilidad desde la perspectiva de Crowe D.
(2001), Nikolaidis E. Ghiocel D. y Singhal S.(2005), Nessim, M. A., Zhou, W.
y otros (2007), Stapelberg F. (2009), Shahata K. y Zayed T. (2008).
Por último el periodo de esta investigación estuvo comprendido entre Junio del 2009 y Julio del 2011.
