mejoras en sistema de control para nueva planta …

MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO

INCIDENTE Y FALLA EN PLANTA PREVIA

INDUSTRIA SULFÚRICA S.A. Planta Industrial Agraciada

Soriano - Uruguay

Ing. Quím. Hugo F. Ramírez

X MESA REDONDA Plantas de Ácido SulfúricoPunta Arenas - Chile - 2014

Planta N°1 - Ciudad del Plata• Construida en 1950 para 13 tpd• Ampliada en 1960 para 45 tpd• Remodelada en 2002 para 120 tpd

Planta N°2 - Ciudad del Plata• Construida en 1982 para 50 tpd• Remodelada en 2004 para 120 tpd

Planta N°3 - Agraciada• Construida en 2007 para 120 tpd• Operando desde 2008

Planta N°4 - Agraciada• Construcción en 2013 para 300 tpd• Operando desde 2014


ANTECEDENTES


INTRODUCCIÓN

DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN

SUPERVISIÓN

LAZOS DE CONTROL PUNTOS CRÍTICOS

CONTROLADORES PROGRAMABLES

SISTEMA DE CONTROL DEL PROCESO

PROCESOS• Fusión de Azufre• Combustión de Azufre• Generación de Vapor• Oxidación Catalítica de SO2

• Absorción de SO3

• Secado de Aire• Enfriamiento• Almacenamiento

VARIABLES• Temperaturas• Presiones• Caudales• Corrientes• Niveles• Concentraciones• Estados• Velocidades


HASTA FINALES DE ‘70• Lazos de control no confiables• Redundancia de dispositivos de

medición• Controladores simples para procesos

puntuales

LUEGO DE ‘80• Proliferación de dispositivos de

medición• Más compactos y confiables• Controles repetidos innecesarios



PROYECTO 2007 – DF PA3 v04 120 tpd SA

MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICOPROYECTO 2007 – Sistema de Control y Visualización

Se mantuvo Se cambió• Se agrega la posibilidad de

visualización de variables porsector de planta en variaspantallas.

• Se agrega control manual desdePLC a través de Scada.

• Se agrega visualización dealarmas en HMI touch screen entablero, en lugar de leds fijos.

• Sistema de control con Servidorremoto y PLC con PC maestro-esclavo en sala de control.

• Sistema de visualización devariables de proceso, por tipo deparámetro en varias pantallas.

• Sistema de control dual, por PLCen SCADA y backup concontroladores en tablero.

• Sistema de enclavamientos deseguridad.

• PLC central con módulos• Lectura de presiones por toma

manual.• Niveles visuales en tanques y

equipos.


PROYECTO 2007 – Planta de 120 tpd SA


PROYECTO 2007 – Planta de 120 tpd SA

Mantener un nivel permanente de adiestramiento, que permite al personalestar preparados para responder ante situaciones imprevistas o emergenciasen que no es posible el control automático (PLC u otro controlador).

NIVEL A• Comandos a través del tablero de

control, no desde Scada.• Regulación de actuadores de

válvulas y variadores conpotenciómetros.

• Regulación de concentraciones yniveles a través de loscontroladores

• Ejecución de acciones discretas quenormalmente se llevan a caboautomáticamente.

NIVEL B• Es un nivel más complejo que

implica la ausencia de control através del tablero, además deprescindir del PLC y Scada.

• El control pasa a ser manualdirectamente en grifos, variadoresy/o válvulas.


OPERACIÓN MODO MANUAL - Simulación y Entrenamiento

• Incidente con detención: 04:47 AM del 12/01/2010• Causa I: descarga eléctrica atmosférica (rayo) en área de

proceso• Causa II: protecciones deficientes en buses de

comunicaciones y líneas de alimentación de tableros decontrol

• Daños: el PCL central y 6 módulos, 1 transmisor Ethernet, elPC HMI de control esclavo, 1 variador de velocidad, 3controladores PID, 1 sensor de nivel, 2 transductores y 3indicadores de barras

• Acciones y contingencias: Operación Manual y visualizaciónde variables

• Vuelta a puesta en marcha: 11:26 AM del 12/01/2010

MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICOINCIDENTE Y FALLA – Colapso del Sistema de Control


INCIDENTE Y FALLA

• Incidente con detención: 04:47 AM del 12/01/2010• Causa I: descarga eléctrica atmosférica (rayo) en área de

proceso• Causa II: protecciones deficientes en buses de

comunicaciones y líneas de alimentación de tableros decontrol

• Daños: el PCL central y 6 módulos, 1 transmisor Ethernet, elPC HMI de control esclavo, 1 variador de velocidad, 3controladores PID, 1 sensor de nivel, 2 transductores y 3indicadores de barras

• Acciones y contingencias: Operación Manual y visualizaciónde variables

• Vuelta a puesta en marcha: 11:26 AM del 12/01/2010

MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICOINCIDENTE Y FALLA – Colapso del Sistema de Control

• Puntos críticos controlados:– Fusión de azufre y calefacción de bombas y cañerías

– Concentración y nivel de ácido sulfúrico

– Presión y nivel de generadores de vapor

• Acciones primarias:– Alimentación eléctrica autogenerada

– Desacople de actuadores y control manual de válvulas

– Análisis de laboratorio sobre producto en proceso

• Acciones secundarias:– Cambio de PC HMI (esclavo) y sustitución de transmisor Ethernet

– Elección de parámetros a visualizar en Scada (sólo el 35% de entradas disponibles en corto plazo, con 2 de los 8 módulos de PLC operativos)

• Tiempo detención total: 6 horas y 39 minutos


INCIDENTE Y FALLA – Acciones y Contingencias

• Colocación de protecciones contra sobretensiones

• Sustitución de módulos de PLC dañados

• Sustitución de otros dispositivos de control

• Efectos colaterales: sólo 1 detención en 6 meses


INCIDENTE Y FALLA – Soluciones Posteriores


NUEVO PROYECTO 2013 – DF PA4 v12.1 300 tpd SA


NUEVO PROYECTO 2013 – Sistema de Control y Visualización

Se mantuvo Se cambió

Planta realizada a partir de la experiencia de operación de65 años en 3 plantas anteriores, pero de 120 tpd.

• 2 operadores por turno.• Sistema de enclavamientos de

seguridad.• Corte de emergencia de procesos

críticos.• Niveles visuales en tanques y

equipos.• Servidor remoto comunicado por

fibra óptica.• PC esclavo en sala de control

conectado directamente a web.

• Tableros ciegos, y sincontroladores redundantes.

• Se elimina HMI para alarmas.• Se coloca en SCADA en triple

pantalla con sistema únicointegrado de variables y alarmas,por control de respaldo doble.

• PLC con Hot Swap.• Comunicación por HART.• Toma de lectura de presiones

automático.


NUEVO PROYECTO 2013 – Planta de 300 tpd SA


NUEVO PROYECTO 2013 – Planta de 300 tpd SA

• PLC integrado con controladores compactos clase 100

• Robustos, rentables, escalables

• I/O distribuidos y alta densidad

• Protocolos de comunicación

• Protección contra sobretensiones– Líneas de suministro

– Señales analógicas

– Señales digitales

– Buses de campo

– Líneas de comunicación


NUEVO PROYECTO 2013 – Recursos


NUEVO PROYECTO 2013 – Implementación

Figura 4. Comunicaciones PLC y I/O remotos [5]

• PLC con controladores ILC191• 25 lazos de control integrados• Control de procesos con 3 acoples

remotos de buses INTERBUS– Sala de Control (línea cobre)– Sala de Tratamiento de Aguas y

Ósmosis Inversa (fibra óptica HCS)– Sala de Bombeo (fibra óptica PVC)– Terminal Stock y Cargas (ILC 151)

• 240 DI (entradas digitales)• 68 DO (salidas digitales)• 64 AI (entradas analógicas)• 24 AO (salidas analógicas)



Fig. 5. Distribución de segmentos HART [5]

• Comunicación de campo: transductoresdireccionables remotos (HART)– Multidrop– 34 dispositivos– 8 segmentos– 81 tags– Salvo en 19 puntos críticos

• Gestores Electrónicos Motores (EMM)– 30 dispositivos– 5 segmentos– 150 tags

• Ethernet Modbus RTU/TCP (variadores)– 8 dispositivos– 2 segmentos– 41 tags



• Inversión en 10 válvulas actuadas con posicionadores SVi1000 electroneumáticos

• Ahorro en 10 transductores IP

• Ahorro de espacio en tablero neumático

Acción N°1

• Protocolo HART evita tendido de 34 líneas a dispositivos realizando sólo 8

• Ahorro de 77% de cableado y las protecciones correspondientes

Acción N°2

• No se colocan instrumentos en tablero (0 de 12)

• Permite inversión en EMM para monitoreo preventivo de motores

• Operador no se ve aturdido por señales innecesarias y en exceso

Acción N°3


NUEVO PROYECTO – Conclusiones

• Evitar distracciones del supervisor/operador con variables inocuas (no críticas)

• Evitar controles innecesarios en exceso, obsoletos y con costo de mantenimiento

¿Por qué Mejorar el Sistema de Control?

• Tableros ciegos, con HMI que muestre variables críticas del proceso (alarmas, umbrales, diagramas) de fácil visualización

• Entrenamiento del personal para contingencia de operación manual (última barrera de vulnerabilidad)

¿Cómo Mejorar el Sistema de Control?

• PLC con módulos reemplazable sin detención (hot-swap)

• Conexión SCADA con i-Fix por escritorio remoto y respaldo

• Sensores y controles no críticos por protocolo HART

¿Qué Mejorar del Sistema de Control?


NUEVO PROYECTO – Conclusiones

• Las máquinas se comunican más efectivamente que las personas, pero éstas últimas toman decisiones con mayores alternativas

HMI

• Ningún sistema con dispositivos de medición o controles automáticos redundantes es mejor que otro simple que cuente con la pericia de personal entrenado y preparado

Entrenamiento


GASTO Y AHORRO RELATIVO A INVERSIÓNGasto Previsto Gasto Real Ahorro

Transductores IP (15 unidades vs. 5 unidades)

4,20% 1,40% 2,80%

Posicionadores de válvulas(Electroneumáticos vs. Neumáticos)

10,22% 10,96% -0,73%

Cabezales de termocuplas (HART vs. independientes)

0,60% 1,78% -1,18%

Líneas HART (34 líneas vs. 8 líneas)

0,92% 0,09% 0,83%

Protección de sobretensiones (53 puntos vs. 34 puntos)

1,64% 1,05% 0,59%

Tablero control, PLC, SCADA, servidor, terminales, pruebas

32,40% 32,40% 0,00%

Instrumentos en tablero 3,79% 0,00% 3,79%Instrumentos en planta 44,26% 44,26% 0,00%Tablero neumático 1,06% 0,34% 0,72%Conectorizado 0,68% 0,54% 0,15%Líneas de comunicación Salas(Fibra óptica vs. Cobre)

0,21% 0,95% -0,73%

Gestores electrónicos de motores (30 EMM) 0,00% 3,91% -3,91%Total Sistema de Control 100,00% 97,66% 2,34%

1er Sistema de Control de la Historia: medir el tiempo

Regulador flotante

para reloj de agua (Clepsydra)

Ktesibio de Alejandría

Grecia 270 AC


CONSIDERACIONES

No siempre supervisar todo el proceso simultáneamente y manejarlo desde varios puntos,

permite un control más efectivo.

Por eso…

“MENOS ES MÁS”Ludwig Mies van der Rohe


CONSIDERACIONES

MUCHAS GRACIAS [email protected]

www.puertasabiertas.com.uy


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