AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE DESHOLLINADO DE CALDERA DE TERMOTASAJERO S.A. E.S.P.

Euler Leonardo Arias Pérez, Yordan Fabián Mantilla Moreno

Ingeniería Electrónica.Universidad Francisco de Paula Santander Av. Gran Colombia, N° 12E – 96 Colsag

euler_arias@yahoo.com jordan_mantilla@hotmail.com

Cúcuta, Colombia

Abstract: En este documento se presenta la temática tenida en cuenta para la realización de la automatización del sistema de deshollinado de caldera aplicando la herramienta LookOut con interfase a un PLC Allen Bradley para la Supervisión y Control. Keywords: Boilers, automation, supervision, control, software.

1. INTRODUCCIÓN

La operación básica de una central térmica es la generación de energía a partir de la producción de calor. En el caso de la central de Termotasajero S.A. este calor se produce al quemar grandes cantidades de carbón mineral en la caldera (1200 toneladas/ día para operación al 100 %). El agua introducida en la tubería se evapora alcanzando los 538 °C y presiones de mas de 128 Kg/ cm2 PSI. Este vapor es inyectado a los alabes de la turbina produciendo movimiento y generando energía eléctrica. Esta Planta esta en la capacidad de suministrar 163 Mwatios de potencia. Dado que la combustión del carbón mineral pulverizado no es del 100 % existen tratamientos especiales para sus residuos. La ceniza volátil es capturada mediante precipitadores electroestáticos, los gases de salida son enfriados mediante intercambiadores de calor, el vapor de agua es licuado antes de devolverlo al cause del río.

En el interior de la caldera, parte de la ceniza volátil del carbón se adhiere en forma de hollín a las paredes y tuberías produciendo aislamiento térmico de estos y limitando la producción de vapor. Los resultados directos de este fenómeno están relacionados con el incremento del consumo de carbón. El proceso de limpieza del interior de la caldera (tubería y paredes) se denomina deshollinado y se basa en la inyección de vapor seco a alta presión mediante 72 sopladores estratégicamente distribuidos. Existen 3 modelos de sopladores de acuerdo a la necesidad de limpieza. - Sopladores de Pared. Pequeña longitud para la

limpieza de la pared interior de la parte baja de la caldera.

- Sopladores Retráctil. Longitud de lanza de 4 metros útil para la limpieza de la tubería de la parte alta de la caldera.

- Sopladores de precalentado. Encargado de la limpieza del sistema intercambiador de gases (Ljungstrom), la presión manejada es mayor que en los sopladores de pared y retráctil.

Fig. 1. Estructura física de soplador de pared. El vapor seco es tomado del Domo, sitio donde se acumula y el cual se distribuye hacia la turbina y otros sistemas. En la distribución del vapor hacia los sopladores intervienen los siguientes dispositivos y elementos: - Estación de reducción de presión. Esta mantiene

a su salida una presión de 28 Kg / cm2 de vapor y le indica al control en el momento que alcanza este setpoint. Mantiene un control On/Off.

- FIS (Flujo Indicator Switch). Este opera basado en una lectura diferencial del flujo que pasa por la tubería. Este dato es importante para determinar si un soplador esta en funcionamiento y se representa con la superación de un setpoint a 25.2 Kg

- Drenador térmico. Esta conformado como una válvula proporcional que permanece cerrada mientras que exista una temperatura determinada del vapor (232 °C). Si no es el caso, esta compuerta se abre dando salida al vapor y evitando que exista una condensación en la tubería (inyección de agua a la caldera).

- Tubería. Tubería de 2” de diámetro con aislamiento térmico.

Se encuentran instalados dos grupos de estos dispositivos. Uno para los sopladores de aire caliente y otro para los de pared y retráctil.

2. CONTROLADOR MANUAL

El control de la operación que maneja el sistema de los sopladores utiliza un panel de control basado en

tarjetas de lógica RTL y una estructura de pulsadores y luces piloto ubicado en la sala de mandos. Al activar cada pulsador se inicia una secuencia en campo que responde al control con una señal de finalización, el control determina la duración de esta secuencia y establece la existencia de errores o alarmas.

Fig. 2. Tablero de control. Las limitantes que se presentan en este sistema son las siguientes: - No existe un registro de la operación de cada

uno de los sopladores. - Daño permanente y de difícil reparación en

tarjetas. - Incremento de hollín en algunos sectores de la

caldera por inactividad de sopladores. - Tedioso manejo por parte de los operadores de

la sala de mandos dado a la diferencia tecnológica con respecto a los demás procesos ya automatizados.

- Incremento en horas / hombre dedicado a la reparación de este sistema.

La operación de los sopladores como tal (Dispositivo electromecánico basado en contactores, reles y motores de AC), de los sensores / indicadores y el cableado de campo se encuentra en buen estado y no requiere ser modificado.

3. AUTOMATIZACIÓN

Teniendo en cuenta las limitantes para el correcto funcionamiento del proceso de deshollinado y de acuerdo con las posibilidades de la Empresa se decidió establecer un sistema de supervisión y control basado en una herramienta computarizada que manejara mediante una interfase las señales de

los sensores y actuadores existentes en campo y presentara de manera amigable el funcionamiento del proceso.

PL C

L O O K O U T

R E L E S C A L D E R A

D O M O

Fig. 3. Esquema general de automatización. Esta automatización se ha planteado en 4 etapas básicas. La primera de esta se refiere a la adecuación de las señales de campo (Líneas de 115 VAC) a las señales de entrada al control. Dado que estas señales son todo o nada y en campo se encuentra la fase eléctrica, se debe hacer un aislamiento a los módulos de 24 VDC de entrada. Este aislamiento se logra ubicando reles a la entrada de cada una de las 13 señales de campo. La razón para ser tan pocas entradas se basa en que los sopladores se encuentran agrupados en paralelo según su función (retráctil, de pared y de ljungstrom). Las 88 salidas del control son dadas directamente por reles internos en él modulo de salidas del PLC. La segunda etapa esta relacionada con el control de accionamiento de cada uno de los sopladores mediante lógica programada en un PLC, abierta a ser supervisada y controlada desde el software. El PLC dará soporte al sistema en caso de falla del equipo de computo dando la posibilidad de su uso de modo manual en campo. La instalación cuenta con algunos pulsadores y switches necesarios para la iniciación del sistema. La tercera etapa se relaciona con la interfase entre el PLC (SLC 5/01 de Allen Bradley) y el software de SCADA LooKout de National Instruments). Esto se requiere debido a la diferencia de protocolos y controladores de ambas tecnologías.

Como cuarta etapa se encuentra la implementación y desarrollo del proceso en la herramienta Lookout, generando los mímicos para la visualización completa del proceso junto con los registros y archivadores necesarios para llevar registro de las operaciones de trabajo y ejercer el control del proceso. Lookout Lookout es una herramienta SCADA e interfase hombre maquina basada en atención de eventos. Posee una estructura soportada en el manejo de la información a través de una base de datos Citadel que puede ser namipulada de manera practica. Aunque esta herramienta de automatización ha sido reemplazada por las ultimas versiones de LabView no deja de ser muy útil y completa para aplicaciones de este tipo. Lookout posee una gran cantidad de objetos que pueden ser usados en cualquier automatización. Uno de estos objetos es un driver para PLC de marca Allen Bradley mediante el uso de una tarjeta de comunicaciones 1747KE. Este Objeto posee una gran cantidad de miembros entre los cuales se encuentran todas las entradas, salidas, bit, datos de los temporizadores, contadores, registros del PLC que pueden ser manipulados y forzados de acuerdo al proceso a controlar.

4. OPERACIÓN La operación del sistema de deshollinado esta a cargo de los operadores de sala de mando y/o de campo. 4.1 Operación de seguridad Corresponde al uso del sistema pese alguna anormalidad en el equipo de computo. En esta opción se puede manejar el sistema haciendo uso de las activaciones en manual uno a uno de los sopladores por parte de los operadores de campo y supervisando su acción desde un conjunto de switches y pilotos ubicados en la sala de mando. Los switches son los correspondientes a inicialización del sistema y los pilotos a las alarmas. 4.2 Operación normal. Mediante el uso de un computador en el cual se encuentra cargado el proceso de deshollinado en LooKout se realiza el control de este. Se tienen un conjunto de paneles en los cuales se establecen las siguientes características:

- Modo secuencial. Activación de forma automática de los sopladores seleccionados

- Modo manual. Activación del soplador seleccionado.

- Parámetros de Secuencia y operación. Tiempo y cronograma entre soplados, condiciones del sistema.

5. CONCLUSIONES

Pese a que esta automatización se encuentra aun en su etapa inicial, se visualiza como el esquema necesario para lograr el desarrollo adecuado de este tipo de industrias con altos criterios de funcionabilidad y continuidad

REFERENCIA

National Instruments, Lookout. Reference manual.

March 1998 edition. Allen Bradley, Juego de instrucciones SLC 500 y

Micrologix 1000. Manual de referencia. Enero 1996.

Copes Vulcan, blower, Instruction, Manual.