INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

1. INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN YCONTROL PRESENTACIÓN DE PROYECTO DE GRADO AUTOMATIZACIÓN DE LA TEA DE INCINERACIÓN DE GASES DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE GLP EN LA ESTACIÓN OSAYACU DEL POLIDUCTO SHUSHUFINDI-QUITO Autores: David Andrade, Fernando Idrovo. Director: Ing. Hugo Ortiz. Codirector: Ing. Patricia Zapata.

2. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN.

3. OBJETIVO GENERAL. Diseñar e implementar un sistema automático que monitoree la presión y nivel del GLP dentro del tanque Bullet, informe de niveles críticos de dichas variables al operador y permita activar el “Quemador y Generador Frontal de Llama” de forma remota y segura.

4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Conocer y aplicar las normas de seguridad que se maneja en una planta de bombeo de hidrocarburos. • Realizar el pertinente estudio de la necesidad de utilizar oxígeno. • Determinar las presiones de salida adecuadas . • Establecer las presiones de salida de las líneas principales de GLP. • Diseñar y programar una Interfaz Humano-Maquina . • Realizar un manual de usuario para la operación y mantenimiento del sistema.

5. ANTECEDENTES. En el año de 1979, CEPE, a través de la empresa WILLIAMS BROTHERS ENGINNERING COMPANY (AGENT), realiza la compra de cuatro “Quemadores y Generadores Frontales de Llama” a la empresa NATIONAL AIROIL BURNER Co. para ser implementados en las cuatro estaciones de bombeo del POLIDUCTO SHUSHUFINDI-QUITO de EP PETROECUADOR, con el propósito de servir como una “TEA DE INCINERACIÓN DE GAS” para liberar la presión dentro del tanque de alivio Bullet. El sistema fue diseñado para ser operado de forma manual, sin un mecanismo de ignición de llama piloto. Desde el momento de su instalación hasta la fecha actual, el sistema no ha sido modificado en su estructura de tal forma que se ha convertido en un mecanismo obsoleto de uso eminentemente emergente.

6. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA. Debido a la problemática de encender de forma manual el “Quemador y Generador Frontal de Llama”, por cuestiones de seguridad de la estación y del operador encargado de su accionamiento, la empresa se ve en la necesidad de incurrir en la automatización de todo el proceso de incineración de gases del tanque de alivio Bullet. La importancia de automatizar el sistema de incineración de gases actual radica en el hecho de cumplir con estándares de seguridad industrial. La realización de este proyecto se justifica en el hecho de que el sistema deberá ser activado de forma remota y segura con tiempos de operación mínimos.

7. ALCANCE DEL PROYECTO DE GRADO. El proyecto consiste en dotar al proceso de una caja de control para la operación, una pantalla táctil, sensores, actuadores y una red de comunicaciones que integrará la interfaz humano máquina con el sistema de control y la red interna de la estación OSAYACU. Una vez ejecutada la automatización del proceso, el sistema tendrá la capacidad de ser operado en modo automático bajo el cual una vez accionado el proceso, el controlador ejecutará una secuencia previamente programada, y un modo semiautomático con el que el operador tiene la capacidad únicamente de activar y desactivar la punta de encendido ubicada en la cúspide de la antorcha y que genera la chispa de ignición.

8. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

9. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO.

10. GASES PERFECTOS. • Cumplen con las leyes de leyes de Boyle y Mariotte. • Y con la ley de Gay-Lussac.

11. ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES Donde: P: Presión absoluta. V: Volumen. n: Número de moléculas. Ru: Constante universal de los gases. T: Temperatura.

12. LEY BAROMÉTRICA: TIPO DE FLUJO EN EL TRANSPORTE DE GAS NATURAL : • Laminar. • Transicional. • Turbulento.

13. FLUIDOS IDEALES. Se considera un fluido ideal a aquel que presente las siguientes características:

14. ECUACIÓN DE BERNOULLI.

15. GASES LICUADOS DE PETRÓLEO (GLP) • Los Gases Licuados de Petróleo (GLP), son un conjunto de gases derivados del proceso de licuefacción del petróleo o del gas natural que se encuentra en yacimientos bajo tierra.

16. GASES LICUADOS DE PETRÓLEO (GLP)

17. GASES LICUADOS DE PETRÓLEO (GLP)

18. COMBUSTIÓN. • Es el resultado de la combinación química de forma instantánea de un comburente con un combustible, provocando la emisión de energía en forma de calor y luz.

19. COMBUSTIÓN.

20. COMBUSTIÓN.

21. QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. • El “Quemador y Generador Frontal De Llama”, es un “Sistema de Antorcha” o “TEA”, que genera un proceso de combustión de combustibles excedentes de algún tipo de proceso industrial.

22. QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Utilidad • Las “TEAS” son de gran utilidad para aliviar el exceso de gases remanentes de procesos como extracción, refinación, transporte y comercialización de derivados de petróleo u otros combustibles, las “TEAS” son también sistemas de seguridad cuyo fin es disminuir las concentraciones peligrosas de gases inflamables en el ambiente.

23. QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. • Tipos.

24. QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. • Componentes. • Una o varias tuberías (líneas) de suministro de combustible. • Línea auxiliar de aire (opcional). • Un tambor eliminador de líquido o barriles deshidratadores. • Una chimenea con boquilla de antorcha. • Un sistema de asistencia para mantener combustión sin humo (opcional). • Un sistema de gas piloto. • Encendedores. • Instrumentación. • Sellos moleculares (opcional). • Purgas. • Sistemas de detección de llamas.

25. QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Diseño. • Método de Ignición. • Cantidad de aire presente en la atmosfera. • Sistema de remoción de líquidos. • Ubicación de la TEA. • La necesidad o no de un sistema de supresión de humo. • Niveles de emisión permisibles. • Aspectos operacionales o emergentes que ameriten el encendido de la TEA. • Gases y líquidos de proceso. • Contingencia en caso de derrames de líquidos no combustionados. • Caudal de flujo. • Presión disponible del gas. • Temperatura del gas. • Costo de energía y disponibilidad. • Exigencias ambientales. • Exigencias de seguridad.

26. PRESIÓN DE VAPOR

27. CAPÍTULO III SEGURIDAD PARA INDUSTRIAS PETROQUÍMICAS.

28. INTRODUCCIÓN. El GLP es un combustible potencialmente peligroso si se manipula incorrectamente, el riesgo cero es una aspiración más que una certeza absoluta. Por ello, el cuidado en la manipulación y el uso del GLP puede ayudar a reducir el número de accidentes y sus consecuencias, permitiendo situarse dentro de los parámetros de riesgo social e individual aceptados en una sociedad moderna e industrializada, las fugas de GLP suelen degenerar en daños graves tanto a la construcción civil como a los usuarios del sistema. Las fugas suelen generarse principalmente en las conducciones. Dentro de éstas los puntos más vulnerables son las uniones entre diferentes tramos y las conexiones a los equipos. Las causas de tales fugas son múltiples pero en su mayoría se deben a fallos de proyecto.

29. SEGURIDAD ELÉCTRICA EN INSTALACIONES PETROLERAS. La seguridad eléctrica está relacionada con las precauciones que se toman para que los riesgos asociados con el uso de energía eléctrica no causen daño o resulten mortales. Esto representa el riesgo adicional de una ignición accidental y la explosión de estas mezclas de gas. El análisis de los riesgos eléctricos en este tipo de instalaciones proporciona información al personal encargado de la construcción, operación y mantenimiento de los sistemas eléctricos para mejorar la seguridad y reducir las consecuencias para el personal, equipos e instalaciones.

30. NORMAS Y REGULACIONES. • Normas de la American PetroleumInstitute. • API RP500 • API RP 2003-1998   • Normas de la International ElectrotechnicalComission (IEC) 60079-17.

31. MEDIDAS DE SEGURIDAD ANTES DEL MONTAJE. • Es necesario evitar la producción de chispa en áreas catalogadas de alto riesgo. • Se deben evitar llevar instrumentos de uso común. • En el desmantelamiento de equipos se recomienda que se rocíe con agua los pisos de concreto y las partes de hierro. • Dentro de estas operaciones figura la desconexión de líneas eléctricas de control para propósitos de prueba, mientras circule corriente eléctrica por las mismas.

32. Fuentes de Riesgos Eléctricos. Los aparatos eléctricos pueden ser fuentes de ignición, se debe tener cuidado en especial de causar electricidad estática en estos aparatos. Las fuentes de ignición son de primordial importancia en atmósferas explosivas.Para la protección contra electricidades estáticas, se recomienda: • Puesta a tierra del equipo • Provisión de protección contra descargas atmosféricas • Selección correcta de vehículos. • Selección correcta de equipo. • Prohibición de fumar/uso de encendedores. • Controles sobre el uso de vehículos normales. • Control de actividades de mantenimiento.

33. NORMA NAG - 318 Objetivo. La presente norma tiene por objetivo definir las características de funcionamiento, métodos de ensayo y marcado de los dispositivos destinados a asegurar el encendido de un quemador de gas y fundamentalmente a cortar el suministro de gas a dicho quemador en caso de extinguirse la llama del mismo. Alcance. La presente norma se refiere principalmente a los dispositivos de seguridad que basan su funcionamiento en el efecto termoeléctrico, no excluyendo sin embargo otros tipos, a los cuales les serán aplicados estas especificaciones en cuanto sean compatibles con su principio de funcionamiento y a sus características constructivas.

34. NTE INEN 2 260:2001 Objetivo. Esta norma establece los requisitos técnicos, las medidas de seguridad mínima que se deben cumplir al proyectar, construir, ampliar, reformar o revisar las instalaciones parea gas combustible. Alcance. Esta norma se aplica a las instalaciones que utilizan gas combustible suministrado por redes de abastecimiento, tanques y o cilindros portátiles, correspondiendo a los diferentes tipos de gas: Gas ciudad, gas natural, y GLP, cuya presión máxima de servicio sea inferior o igual a 4 bar. (60psig).

35. CAPÍTULO IV DISEÑO.

36. DISEÑO ORIGINAL DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA.

37. DISEÑO DEL PILOTO DE IGNICIÓN DE LLAMA.

38. DISEÑO DEL PILOTO DE IGNICIÓN DE LLAMA.

39. DISEÑO DEL PILOTO DE IGNICIÓN DE LLAMA.

40. PROTOTIPO DEL PILOTO DE IGNICIÓN DE LLAMA “DIMENSIONAMIENTO”.

41. PROTOTIPO DEL PILOTO DE IGNICIÓN DE LLAMA “DIMENSIONAMIENTO”.

42. DISEÑO DEL SISTEMA DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Aspectos a considerar: • Método de Ignición, la cual está dada por el sistema piloto. • Sistema de remoción de líquidos. • Aspectos operacionales o emergentes que ameriten el encendido de la TEA. • Caudal de flujo. • Presión disponible del gas. • Exigencias de seguridad. • Medición de presencia de gas en las tuberías. • Modos de operación, un modo semiautomático y otro modo automático. • Sistema de detección de llama. • Regulación de flujo de gas hacia los quemadores principales.

43. DISEÑO DEL SISTEMA DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA.

44. SISTEMA DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA “DIMENSIONAMIENTO”.

45. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. • Hay varios aspectos a considerar dentro del diseño para la automatización de este proceso, entre los cuales se encuentran: • Modos de Funcionamiento • Pasos para el encendido seguro del Quemador y Generador frontal de llama. • Variables del proceso. • Selección y descripción del PLC. • Arquitectura de red. • Detalle de los sensores y actuadores necesarios para la adquisición de datos y accionamiento del proceso. • Acciones y relaciones.

46. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Modos de funcionamiento.

47. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Pasos para el encendido seguro del quemador y generador frontal de llama. • Permiso de activación desde la HMI. • La luz indicadora verde debe parpadear. • Presionar 5 segundos el botón de encendido (verde) de la caja de mando. • Activación de la punta de encendido. • Apertura del solenoide de la línea piloto. • Detección de llama. • Desactivación de la punta de encendido. • Apertura de la válvula de salida del tanque Bullet. • Activación de la solenoide de las líneas principales 1 y 2. • Cierre del solenoide de la línea piloto.

48. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Pasos para el apagado seguro del quemador y generador frontal de llama. • Forma Semiautomática. • Mantener presionado 5 segundos el botón de parada (Rojo). • Cerrar la válvula de salida del tanque Bullet. • Cerrar los solenoides que corresponden a las líneas 1 y 2 siempre. • La luz indicadora roja parpadeará al mismo tiempo q la luz verde indicando que la combustión de gases ha sido detenida manualmente. • Para desactivar completamente el sistema de forma manual se debe enviar la señal de desactivación desde la HMI.

49. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. Pasos para el apagado seguro del quemador y generador frontal de llama. • Forma Automática. • La presión al interior del tanque debe ser menor o igual a la presión saeteada por el operador, o a la presión adecuada de servicio. • Cerrar la válvula de salida del tanque Bullet. • Esperar a que se desactiven los interruptores de presión de las líneas 1 y 2 de la TEA. • Cerrar los solenoides que corresponden a las líneas 1 y 2 siempre y cuando los interruptores de presión correspondientes estén desactivados. • Las luces indicadoras roja y verde deben parpadear alternadamente durante 5 segundos en señal de un sistema apagado. • El sistema se desactiva completamente de forma autónoma.

50. DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN DE ENCENDIDO DEL QUEMADOR Y GENERADOR FRONTAL DE LLAMA. • Variables del proceso.