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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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
ANTECEDENTES
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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.
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
PROYECTO 2007 – Planta de 120 tpd SA
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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.
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
INCIDENTE Y FALLA – Soluciones Posteriores
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
NUEVO PROYECTO 2013 – DF PA4 v12.1 300 tpd SA
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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.
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
NUEVO PROYECTO 2013 – Planta de 300 tpd SA
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
NUEVO PROYECTO 2013 – Recursos
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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)
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
NUEVO PROYECTO 2013 – Implementación
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
NUEVO PROYECTO 2013 – Implementación
• 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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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?
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
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
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO
CONSIDERACIONES
MUCHAS GRACIAS [email protected]
www.puertasabiertas.com.uy
MEJORAS EN SISTEMA DE CONTROL NUEVA PLANTA DE ÁCIDO SULFÚRICO