Control Hornos Calderas Refineria

PDVSA MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO VOLUMEN 9–II ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

PDVSA N

TíTULO

AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS, CALENTADORES Y HORNOS

K–337

3

MAY.15

Revisión General

84

M.T.

N.V.

H.L

2

DIC.99

Revisión General

26

Y.K.

A.A.

J.E.R.

0

AGO.94

Emisión Original

21

L.T.

E.J.

A.N.

REV.

FECHA

APROB. Norma Vivas  PDVSA, 2005

DESCRIPCIÓN FECHA MAY.15

PAG. REV. APROB. Héctor Lozada

APROB. APROB. FECHA MAY.15 ESPECIALISTAS

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

PDVSA

AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS, CALENTADORES Y HORNOS

PDVSA K–337 REVISION

DATE

3

MAY.15

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1

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“La información contenida en este documento es propiedad de Petróleos de Venezuela, S.A. Está prohibido su uso y reproducción total o parcial, así como su almacenamiento en algún sistema o transmisión por algún medio (electrónico, mecánico, gráfico, grabado, registrado o cualquier otra forma) sin la autorización por escrito de su propietario. Todos los derechos están reservados. Ante cualquier violación a esta disposición, el propietario se reserva las acciones civiles y penales a que haya lugar contra los infractores”. “Las Normas Técnicas son de obligatorio cumplimiento en todas las organizaciones técnicas como parte del Control Interno de PDVSA para salvaguardar sus recursos, verificar la exactitud y veracidad de la información, promover la eficiencia, economía y calidad en sus operaciones, estimular la observancia de las políticas prescritas y lograr el cumplimiento de su misión, objetivos y metas, es un deber la participación de todos en el ejercicio de la función contralora, apoyada por la Ley Orgánica de la Contraloría General de la República y Sistema Nacional de Control Fiscal, Artículos 35–41”.

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2

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Índice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . National Fire Protection Association – NFPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . American Society for Testing and Materials – ASTM . . . . . . . . . . . . . . . . . American Petroleum Institute – API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . American National Standards Institute / International Society of Automation – ANSI/ISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . American Society of Mechanical Engineers – ASME . . . . . . . . . . . . . . . . . Modo de Uso de las Normas de Referencias en Esta Norma Técnica . .

6 6 7 7

4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3.6 3.7 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26

Aire de Combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aire de Exceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anti–Reset (Anti–Winup) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atomizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Baipás (Bypass) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bridgewall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Burner Management System (BMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caldera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calentador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Continuous Emissions Monitoring Systems (CEMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . Control de Combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Compuerta Auxiliar para Tiro Natural (Dropout Door) . . . . . . . . . . . . . . . . . Corte de Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Damper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detector de Llama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuel Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Furnace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gas Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gas Natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Generador de Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Generador de Vapor por Recuperación Térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Llama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Llama Mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mal Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medio de Atomización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Override . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 7 7 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11

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PDVSA

AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS, CALENTADORES Y HORNOS

PDVSA K–337 REVISION

DATE

3

MAY.15

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4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 4.35 4.36 4.37 4.38 4.39 4.40 4.41 4.42 4.43 4.44 4.45 4.46 4.47 4.48 4.49 4.50 4.51 4.52 4.53 4.54 4.55 4.56 4.57 4.58 4.59 4.60 4.61 4.62 4.63 4.64

Indice manual

Indice volumen

3

Indice norma

Pérdida Parcial de Llama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Período de Intento de Ignición del Piloto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Período de Intento de Ignición del Quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Permisivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Permisivo de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Clase 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Clase 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Clase 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Clase 3 Especial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Intermitente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Piloto Interrumpido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Purga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Poder Calorífico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quemador de combustible dual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Registro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema Continuo de Monitoreo de Emisiones (SCME) . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de Prueba de Válvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatura de Bridgewall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temporizador de Límite de Tiempo de Encendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Balanceado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Forzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiro Natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Válvula de Aislamiento de Equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Válvula Principal de Corte de Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Varilla Rectificadora de Llama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ventilador de Tiro Forzado (FD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ventilador de Tiro Inducido (ID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zona de Convección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zona Radiante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 14 14 14 14 14 14 14 14 14

5 REQUERIMIENTOS BÁSICOS DE DISEÑO E INSTALACIÓN . . .

14

6 REQUERIMIENTOS OPERACIONALES BÁSICOS . . . . . . . . . . . . .

20

6.11 Modo de Operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

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PDVSA

AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS, CALENTADORES Y HORNOS

PDVSA K–337 REVISION

DATE

3

MAY.15

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Indice volumen

Indice norma

7 SISTEMA SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

4

24

Presión del Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flujo del Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Configuración del Sistema de Suministro de Combustible . . . . . . . . . . . . Suministro Principal de Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resumen Alarmas y Protección Sistema Combustible . . . . . . . . . . . . . . .

25 25 25 25 33

8 SISTEMA SUMINISTRO DE AIRE DE COMBUSTIÓN . . . . . . . . . .

34

8.1

Temperatura Precalentador Aire Combustión (Precalentador Regenerativo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presión del Aire de Combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flujo de Aire de Combustión (Aplica Solo para Unidades de Tiro Forzado y Balanceado) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resumen Alarmas y Protección Sistema Aire de Combustión . . . . . . . . .

35 36

9 SISTEMA DE PILOTOS Y QUEMADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

8.2 8.3 8.4 9.1 9.2

34 35

Detección de la Llama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resumen de Alarmas y Protección Sistema Pilotos y Quemadores . . . .

38 40

10 SISTEMA DE CONTROL DE ENCENDIDO (BMS) . . . . . . . . . . . . . .

40

10.1 Fases del Proceso de Encendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Resumen de Alarmas y Protecciones del BMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40 41

11 SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN Y PROCESO . . . . . .

42

12 SISTEMA DE MANEJO GASES DE COMBUSTIÓN . . . . . . . . . . . .

57

12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9

Temperatura de Chimenea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Análisis Gases de Combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oxígeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Monóxido de Carbono (CO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Óxidos de Azufre (SOx) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Óxido de Nitrógeno (NOx) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alarmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proteccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57 57 58 59 59 59 59 59 59

13 SISTEMA DE PROTECCIÓN (SIS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

13.1 Del Sistema Suministro de Combustible (Sección 7 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Del Sistema Suministro de Aire de Combustión (Sección 8 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3 Del Sistema de Pilotos y Quemadores (Sección 9 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4 Del Sistema de Control de Encendido (BMS) (Sección 10 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60 61 62 62

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PDVSA

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DATE

3

MAY.15

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Indice manual

Indice volumen

5

Indice norma

13.5 Del Sistema de Control de Combustión (Sección 11 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.6 Del Sistema de Manejo de Gases de Combustión (Sección 12 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.7 Del Sistema de Protección (Sección 13 de esta Norma Técnica) . . . . . . 13.8 Del Sistema de Aislamiento y Despresurización (Sección 14 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.9 Del Sistema de Alimentación Eléctrica a las Unidades Sin Respaldo de Equipos Impulsados a Vapor (Sección 15 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.10 Del Sistema de Aire de Instrumentos (Sección 16 de esta Norma Técnica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.11 Alarmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.12 Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.13 Mal Funcionamiento del Sistema de Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.14 Paro normal de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.15 Paro de Emergencia (Emergency Shutdown) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.16 Consideraciones Adicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64 64 64 64 64 64 65

14 SISTEMA DE AISLAMIENTO Y DESPRESURIZACIÓN . . . . . . . . .

66

15 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

15.1 15.2 15.3 15.4

62 63 63 64 64

Alarmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pérdida Alimentación AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pérdida Alimentación DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67 67 67 67

16 SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

16.1 Alarmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2 Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67 68

17 PANEL LOCAL CON INTERFASE DE CONTROL . . . . . . . . . . . . . .

68

18 GABINETES DE EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

19 SUPERVISIÓN Y OPERACIÓN REMOTA (PARA LOS CASOS QUE APLIQUEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68

20 LISTA DE ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS . . . . . . . . . . .

69

20.2 Secuencias de Arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3 Instalación y Comisionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 83

21 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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OBJETIVO Establecer los criterios de diseño y operación de los sistemas de supervisión, control y protección para calderas, calentadores y hornos en PDVSA, Filiales y Empresas Mixtas.

2

ALCANCE Esta norma técnica define los requerimientos mínimos de instrumentación, control y protección que deben tener los hornos y calentadores mayor de 150.000 Btu/hora, calderas igual o mayor de 12.500.000 Btu/hora, que en este documento se denominarán en forma genérica como unidad de fuego, a ser utilizados en las plantas y procesos de PDVSA, filiales y empresas mixtas, con el propósito de contribuir a su operación segura y prevenir fuegos no controlados, explosiones e implosiones en los equipos mencionados. Para calderas y generadores menor de 12.500.000 Btu/hora se recomienda seguir las recomendaciones de la norma ASME CSD–1. Las unidades de fuego cubiertas por esta norma son los que usan la combustión de gas natural, gas combustible o hidrocarburos líquidos livianos convencionales para la generación del calor. El alcance de la sección 10 “Sistemas de Control de Encendido (BMS)” de esta norma técnica, es también aplicable para el diseño del sistema de encendido y control de incineradores, secadores, calcinadores y cualquier otro tipo de unidades de fuego con pilotos y quemadores de combustible líquido o gaseoso Esta norma técnica aplica a las nuevas instalaciones de Calderas, Calentadores y Hornos, y para todas las modificaciones y actualizaciones mayores de las unidades de fuego mencionadas existentes. No está dentro del alcance de esta norma técnica los Generadores de Vapor por recuperación térmica (HRSG). Los requerimientos para este tipo de unidad se cubren en la norma NFPA 85. No está dentro del alcance de esta norma técnica los intercambiadores de calor, equipos de incineración, generadores de gases inertes, ni los equipos que generan el calor mediante:       

Resistencia eléctrica o arco eléctrico. Combustión de combustibles sólidos. Combustión de hidrocarburos líquidos pesados. Combustión de combustibles especiales. Radiación solar. Radiaciones nucleares. Emanaciones geotérmicas.

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No está dentro del alcance de esta norma técnica las unidades de fuego existentes o aprobadas para construcción o instalación antes de la fecha de publicación y vigencia de esta norma técnica, excepto las modificaciones y actualizaciones mayores de dichas unidades de fuego, aprobados posteriormente a la fecha de vigencia de la presente norma técnica. En aquellos casos en donde por razones legales o de seguridad, se determinase, por medio de un análisis de riesgo, que la condición del equipo existente presentase un grado de riesgo inaceptable, se debe aplicar la retroactividad de cualquier porción o la totalidad de esta norma técnica.

3

REFERENCIAS Las siguientes normas y códigos contienen disposiciones que al ser citadas, constituyen requisitos de esta Norma Técnica PDVSA. Para aquellas normas y códigos referidas sin año de publicación será utilizada la última versión publicada.

3.1

Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA K–300 Lineamientos Generales de Instrumentación, Automatización y Control. K–303 Level Instrumentation. K–330 Control Panels and Consoles. K–334 Temperature Measurement Criteria. K–335 Packaged Unit Instrumentation. K–336 Sistemas Instrumentados de Seguridad Funcional para los Procesos Industriales. K–360 Controladores de Procesos Industriales. K–362 Redes Digitales para Control de Procesos Industriales. IR–P–01 Safety Interlock Systems, Emergency Depressurization and Emergency Venting Systems.

Isolation,

Emergency

B–201–PR Calentadores de Fuego Directo. HF–201 Diseño de Tubería para Instrumentación e Instalación de Instrumentos. IR–E–01 Clasificación de Áreas. IR–S–01 Filosofía de Diseño Seguro. N–201 Obras Eléctricas.

3.2

National Fire Protection Association – NFPA 31 Standard for the Installation of Oil–Burning Equipment. 85 Boiler and Combustion Systems Hazards Code. 86 Standard for Ovens and Furnaces.

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87 Recommended Practice for Fluid Heaters.

3.3

American Society for Testing and Materials – ASTM D 396 Standard specifications for fuel oils D 2880 Standard Specification for Gas Turbine Fuel Oils.

3.4

American Petroleum Institute – API 551 Process Measurement Instrumentation. 556 Instrumentation, Control, and Protective Systems for Gas Fired Heater. 560 Fired Heaters for Refinery.

3.5

American National Standards Institute / International Society of Automation – ANSI/ISA 77.41.01 Fossil Fuel Power Plant Boiler Combustion Controls. 77.42.01 Fossil Fuel Power Plant Feedwater Control System — Drum Type

3.6

American Society of Mechanical Engineers – ASME CSD–1 Controls and Safety Devices for Automatically Fired Boilers

3.7

Modo de Uso de las Normas de Referencias en Esta Norma Técnica El diseño de toda la instrumentación y sistemas de control de las unidades de fuego debe cumplir con las normas PDVSA citadas en la sección 3.1 de esta norma técnica. Aún cuando el alcance de la norma NFPA 85 no cubre los calentadores de proceso, la presente norma técnica considera que, desde el punto de vista de seguridad, el principal propósito de la norma es: “contribuir en la operación segura y prevenir explosiones e implosiones de equipos de fuego”, las premisas de la NFPA 85 deben ser seguidas para el diseño, instalación, operación y mantenimiento de hornos, calentadores y calderas y sus sistemas de combustible, aire de combustión, pilotos, quemadores y sistema de extracción de gases de combustión. Desde el punto de vista de control y protección, la instrumentación recomendada en este documento satisface los requerimientos de las normas API 560, API 556, NFPA 31, NFPA 85, NPFA 86 y NPFA 87. Debido a que los riesgos de la operación y de explosión de las unidades de fuego es igual para unidades destinadas a instalaciones petroleras que en unidades para aplicaciones no petrolera, Las referencias en este documento a la norma API son aplicables y no representan sobredimensionamiento en los sistemas de automatización y protección de las unidades de fuego. En los casos particulares en donde el(los) requerimiento(s) no aplica(n) para unidades de fuego del sector no petrolero, se indicarán específicamente.

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En este documento la aplicación de las normas de referencias se debe realizar de la siguiente manera:

4 4.1

1.

La instrumentación y sistema de control de cualquier unidad de fuego debe cumplir con las siguientes normas técnicas PDVSA B–201–PR, PDVSA K–300, PDVSA K–303, PDVSA K–334, PDVSA K–335, PDVSA K–336 , PDVSA K–360, PDVSA HF–201, PDVSA IR–E–01, PDVSA IR–S–01 y PDVSA N–201.

2.

Sólo se aplicarán las secciones específicas de la norma referida.

3.

El término “boiler” usados en las secciones referidas de la norma NFPA 85, se debe cambiar por el término “unidad de fuego”, a menos que se indique de otra manera.

4.

El término “heater” usados en las secciones referidas de las normas NFPA 87, API 560 y API 556, se debe cambiar por el término “unidad de fuego”, a menos que se indique de otra manera.

5.

Los términos “oven” y “furnaces” usados en las secciones referidas de la norma NFPA 86, se deben cambiar por el término “unidad de fuego”, a menos que se indique de otra manera.

DEFINICIONES Aire de Combustión Es el aire usado para reaccionar con el combustible en el proceso de combustión.

4.2

Aire de Exceso Es el aire en exceso al volumen teórico requerido, suplido para la combustión.

4.3

Anti–Reset (Anti–Winup) Es la función para evitar la saturación de la acción integral en los controladores PI y PID, el cual provoca degradación en tiempo de respuesta y sobreoscilación del controlador.

4.4

Atomizador Es el dispositivo en un quemador que rompe el combustible líquido en partículas finas.

4.5

Baipás (Bypass) Es la acción iniciada manualmente para desviar o anular una función de protección.

4.6

Bridgewall Es el ducto de interconexión o paneles que encausan los gases de combustión desde la zona de radiación hacia la zona de convección.

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Burner Management System (BMS) Es el Conjunto de dispositivos de campo, sistema lógico de control y elementos finales de control, dedicados a la seguridad del encendido y supervisión de llama en la unidad de fuego, y para asistir al operador en la activación y des–activación de los equipos para la preparación y quemado de combustible y para prevenir desviación en la operación y accidentes.

4.8

Caldera Es un recipiente cerrado en donde se calienta agua, se genera vapor de agua saturado, vapor de agua sobrecalentado, o ambos, mediante la aplicación del calor de la combustión de un combustible.

4.9

Calentador Es un recipiente cerrado usado para calentar material sólido, líquido o gaseoso, sin cambiar la fase del material.

4.10

Continuous Emissions Monitoring Systems (CEMS) Ver SCME sección 4.46.

4.11

Control de Combustión Es el método que regula el combustible y aire de entrada para mantener la relación aire–combustible dentro de los límites requerido para la combustión continua y estable de la llama en todo el rango operacional de la unidad de fuego.

4.12

Compuerta Auxiliar para Tiro Natural (Dropout Door) Es una compuerta automática de falla abierta, que debe ser provista en las unidades que están diseñadas para poder ser operada en modo de tiro forzado/inducido y también en modo de tiro natural. En operación de la unidad en modo de tiro forzado/inducido, esta compuerta se mantiene en posición cerrada. En operación de la unidad en modo de tiro natural, esta compuerta se debe mantener en posición abierta. En falla del ventilador de tiro forzado/inducido esta compuerta se debe abrir en forma automática.

4.13

Corte de Combustible Es el cierre automático de un combustible específico como resultado de un permisivo o acción del operador.

4.14

Damper Es la compuerta para controlar el tiro o el flujo de aire y/o gases de combustión.

4.15

Detector de Llama Es el dispositivo que detecta la presencia o ausencia de llama y provee una señal utilizable.

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Fuel Oil Es un combustible líquido definido como Grado 2, 4, 5, ó 6 en la norma ASTM D 396 o como Grado 2GT en la norma ASTM D 2880.

4.17

Furnace Es el hogar o sección de una unidad de fuego en donde ocurre el proceso de combustión y produce la transferencia de calor, predominantemente por radiación.

4.18

Gas Combustible Es un gas usado para combustión, incluye gas natural, gas manufacturado, mezcla de gas licuado de petróleo y otras mezclas de gases.

4.19

Gas Natural Es un combustible gaseoso consistente de una mezcla de compuestos orgánicos: principalmente metano y en menor proporción etano, propano y butano. El valor calorífico del gas natural varía entre 26.1 MJ/m3 y 55.9 MJ/m3 (700 Btu/ft3 y 1500 Btu/ft3), la mayoría con promedio de 37.3 MJ/m3 (1000 Btu/ft3).

4.20

Generador de Vapor Es un recipiente a presión en donde se convierte el agua a vapor o se sobrecalienta el vapor o cualquier combinación de lo descrito.

4.21

Generador de Vapor por Recuperación Térmica Es el equipo de generación de vapor que utiliza como fuente de calor los gases de combustión de una turbina.

4.22

Llama Es la corriente de material gaseoso involucrado en el proceso de combustión y emisión de energía radiante de una banda de longitud de onda determinada por la química de la combustión del combustible. En muchos casos, alguna porción de la energía radiante es visible para el ojo humano.

4.23

Llama Mínima Es la llama más pequeña para lograr una combustión estable y que no es capaz de ocasionar daño a los tubos o producto que se está procesando.

4.24

Mal Funcionamiento Es la condición de un equipo o sistema en la cuál el equipo o sistema no tiene la capacidad de prestar el servicio.

4.25

Medio de Atomización Es un fluido suplementario, tal como vapor o aire, que ayuda a romper el combustible líquido en partículas finas.

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Override Es reemplazar una acción o condición bajo cierta circunstancia predeterminada.

4.27

Pérdida Parcial de Llama Es la pérdida de llama en cualquiera de los quemadores mientras se mantiene la llama en el resto de los quemadores de la misma unidad de fuego.

4.28

Período de Intento de Ignición del Piloto Es el intervalo de tiempo durante el encendido en la cual un circuito de control de seguridad permite que las válvulas de corte de combustible del piloto se mantengan abiertas antes de que el sistema de detección de llama aborte el encendido del piloto.

4.29

Período de Intento de Ignición del Quemador Es el intervalo de tiempo durante el encendido en la cual un circuito de control de seguridad permite que las válvulas de corte de combustible del quemador se mantengan abiertas antes de que el sistema de detección de llama aborte el encendido del quemador.

4.30

Permisivo Es la condición que se debe satisfacer para poder continuar con el próximo paso de una secuencia de operación.

4.31

Permisivo de Seguridad Es la condición requerida para garantizar el arranque, paro y operación segura de la unidad.

4.32

Piloto Es el dispositivo para proveer energía de ignición para encender el quemador.

4.33

Piloto Clase 1 Es el piloto usado para encender el combustible que entra a través del quemador y para soportar la ignición bajo cualquier condición de encendido y operación del quemador. Se usa como piloto de tipo continuo. Tiene capacidad de proveer más de 10% de la energía del quemador a máxima capacidad.

4.34

Piloto Clase 2 Es el piloto usado para encender bajo ciertas condiciones pre–establecidas, el combustible que entra a través del quemador. Es usado para soportar el encendido a baja carga o en ciertas condiciones adversas de operación. Se usa como piloto de tipo continuo o tipo intermitente.

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Tiene capacidad de proveer de 4 a 10% de la energía del quemador a máxima capacidad.

4.35

Piloto Clase 3 Es un piloto pequeño para encender el combustible que entra al quemador bajo ciertas condiciones pre–establecidas. Se usa como piloto de tipo interrumpido. La capacidad normalmente es menor de 4% de la energía del quemador a máxima capacidad.

4.36

Piloto Clase 3 Especial Es un piloto clase 3 eléctrico de alta energía capaz de encender directamente el combustible del quemador. Se usa como piloto de tipo interrumpido.

4.37

Piloto Continuo Es el piloto que permanece encendido durante todo el tiempo de operación de la unidad de fuego, independientemente de si el quemador esté o no encendido.

4.38

Piloto Intermitente Es el piloto que se mantiene encendido durante el encendido del quemador y mientras el quemador esté encendido.

4.39

Piloto Interrumpido Es el piloto que se enciende para el encendido del quemador y es automáticamente apagado al final del tiempo de intento de encendido del quemador.

4.40

Prueba Es el procedimiento para establecer o corroborar la existencia de una condición específica en elementos tales como: llama, nivel, flujo, presión o posición.

4.41

Purga Es el flujo de aire, vapor de agua o gas inerte a una tasa de flujo que remueva en forma efectiva cualquier combustible gaseoso o en suspensión, reemplazándolo con el medio de purga.

4.42

Poder Calorífico También conocido como calor de combustión o valor calorífico, es la cantidad de energía que desprende un material al quemarse.

4.43

Quemador Es el dispositivo o grupo de dispositivos para la introducción de combustible y aire en una cámara de combustión a una velocidad, turbulencia y concentración requerida para mantener la ignición y combustión.

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Quemador de combustible dual Es un quemador diseñado para quemar tanto combustible gaseoso como líquido, pero no en forma simultánea.

4.45

Registro Es el conjunto de rejillas o compuertas de un quemador, o sistema de suministro de aire a quemador, usado para distribuir el aire admitido a la cámara de combustión. Frecuentemente controla la dirección y velocidad del flujo de aire para una mezcla eficiente con el combustible.

4.46

Sistema Continuo de Monitoreo de Emisiones (SCME) Es el sistema de analizadores para el monitoreo ambiental exigido por las leyes de control ambiental.

4.47

Sistema de Control Es un grupo de dispositivos que regulan el proceso de la unidad de fuego, incluyendo el sistema de control de combustión pero no el BMS.

4.48

Sistema de Prueba de Válvula Es el sistema para probar la hermeticidad de las válvulas de corte de gas

4.49

Temperatura de Bridgewall Es la temperatura del gas de combustión que sale de la zona de convección.

4.50

Temporizador de Límite de Tiempo de Encendido Es un dispositivo usado en el modo de operación manual supervisado que limita el tiempo permitido entre la completación de la purga y el inicio de encendido.

4.51

Tiro Es el diferencial de presión entre la cámara de combustión u hogar y el exterior de una unidad de fuego.

4.52

Tiro Alto Presión del hogar es más negativa que la deseada.

4.53

Tiro Bajo Presión del hogar es más positiva que la deseada.

4.54

Tiro Balanceado Es la presión estática dentro de la unidad de fuego es igual a la presión atmosférica, es decir que el tiro es igual a cero.

4.55

Tiro Forzado Es la presión del aire de combustión y gases de combustión que se mantiene por encima de la presión atmosférica mediante ventilador.

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Tiro Inducido Es cuando el diferencial de presión es producido por la existencia de un tiro en la chimenea del equipo de fuego, el cuál puede ser de forma natural o mediante ventilador ubicado en la chimenea.

4.57

Tiro Natural Es cuando el diferencial de presión entre el hogar y exterior de la unidad de fuego es producido por el flujo de convección que se genera entre el hogar y la chimenea, debido a la diferencia de densidades entre los gases de combustión caliente y aire de combustión frío.

4.58

Válvula de Aislamiento de Equipo Es la válvula manual usada para cortar el combustible a cada equipo.

4.59

Válvula Principal de Corte de Gas Es la válvula de cierre rápido que automáticamente corta el suministro de combustible gaseoso o líquido en respuesta a una señal de paro normal, de emergencia o de seguridad.

4.60

Varilla Rectificadora de Llama Es el detector de llama que usa una varilla eléctricamente aislada, de material resistente al fuego, y que se extiende dentro de la llama a supervisar, con un voltaje entre la varilla y la tierra conectada a la boquilla o quemador.

4.61

Ventilador de Tiro Forzado (FD) Es un dispositivo usado para presurizar y suministrar aire a la cámara de combustión para mantener la combustión.

4.62

Ventilador de Tiro Inducido (ID) Es un dispositivo usado para remover los productos de la combustión de la unidad de fuego, introduciendo una presión negativa.

4.63

Zona de Convección Es el área ubicada encima de la sección radiante donde la transferencia de calor ocurre por convección.

4.64

Zona Radiante Es el área en donde ocurre la mayor radiación de calor de la llama.

5 5.1

REQUERIMIENTOS BÁSICOS DE DISEÑO E INSTALACIÓN El propósito primario del sistema de control es mantener en forma automática la seguridad, una operación estable y satisfacer los requerimientos operacionales de la unidad sin violar las normas ambientales.

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En cualquier tipo de unidades de fuego, se deben satisfacer los requerimientos mínimos del sistema de control de combustión establecido en la norma ANSI/ISA 77.41.01. En las calderas y generadores de vapor, se deben satisfacer los requerimientos mínimos del sistema de agua de alimentación establecido en la norma ANSI/ISA 77.42.01.

5.2

El sistema de control también debe proveer:

5.2.1

Información relevante sobre el estado operacional de la unidad de fuego para permitir al operador conocer de manera oportuna la situación operacional.

5.2.2

En forma continua, información del estado de las variables, así como de existencia de desviaciones, para permitir al operador evitar situaciones de riesgos.

5.2.3

Capacidad de verificación y mantenimiento en línea de las funciones del sistema, sin comprometer la confiabilidad del sistema de control.

5.2.4

Un ambiente que permita la toma de decisiones y realización de acciones correctas y oportunas.

5.2.5

Capacidad de almacenar datos históricos de eventos y estados de variables.

5.2.6

La instalación de la instrumentación debe considerar la accesibilidad para mantenimiento efectivo y buena operación. Los elementos de flujo, válvulas de control, transmisores, termopozos, vidrios de nivel, controladores locales, así como también los puntos de muestra de analizadores, generalmente deben estar accesibles desde el piso o plataformas permanentes o escaleras fijas. Aplica las recomendaciones de instalación indicada en la norma API 551.

5.2.7

El propósito del sistema de protección es mantener la operación segura y alcanzar un estado seguro en respuesta a una desviación no aceptable del proceso.

5.2.8

Las funciones de control y protección se deben mantener en forma separada e independiente, tanto en arquitectura como en componentes. Las acciones de protección incluyen los siguientes:  Acción del Sistema Básico de Control de proceso (BPCS) — cancelación de control independientemente de la causa de inicio.  Acción del Operador — el operador responde a alarmas, incluyendo respuesta de emergencia.  Acción del BMS — permisivos de arranque y enclavamientos, cierre de válvulas, apertura de compuertas y ejecución de secuencias de arranque y parada. Las funciones de protección también incluyen los siguientes componentes.

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 Dispositivos de entradas — mediciones de proceso (ejemplo sensores analíticos, transmisores analógicos, interruptores discretos), dispositivos de entrada manual (ejemplo pulsador/selector físico o virtual), indicaciones de estado (ejemplo transmisor de posición o interruptor de límite de carrera).  Procesador/controlador de la lógica (Logic Solver) — sistemas electrónicos programables, relé, sistemas de estado sólido.  Dispositivos de salidas — interfaz de solenoide o relé con elementos finales de control (ejemplo válvula de cierre, compuertas de aire de combustión, compuerta de chimenea, o compuerta de tiro natural), indicadores de alarma/estado (ejemplo panel de luces, o despliegue gráfico (HMI)). 5.2.9

Las conexiones al proceso de la instrumentación usada para control y las usadas para las protecciones deben ser independientes.

5.2.10

Debido a la diversidad de los diseños de unidades de fuego, se requiere que cada unidad sea evaluada de forma independiente para garantizar que cada escenario de riesgo sea efectivamente mitigado. Debido a que puede tener características o modo operacional único, es muy importante que los responsables de evaluar la disponibilidad y confiabilidad de una función de protección, entiendan los impactos a la operación de la unidad o al personal, de todos los posibles modos de falla del equipo.

5.2.11

Los sistemas de control y protección de la unidad de fuego se deben diseñar de forma tal que su encendido lo debe realizar un operador debidamente entrenado, en el panel local de la unidad, desde donde el operador puede visualizar tanto el estado del proceso de encendido, como acceso visual directo de la unidad de fuego objeto del encendido. No se permite el encendido en forma remota.

5.2.12

Una vez completado en forma satisfactoria el encendido de los quemadores, los cuales deben quedar operando en condición de llama mínima, el operador debe activar el permisivo para que el control y la supervisión del proceso se realice desde el sistema de control y supervisión remoto.

5.2.13

Opcionalmente, el control del proceso de la unidad de fuego se puede realizar en el panel local de la unidad. Cuando existe la posibilidad de controlar la unidad de fuego tanto en forma remota como en forma local, se debe implantar los mecanismos para que el control se pueda realizar solamente desde un punto y no simultáneamente en ambos.

5.2.14

La selección del sitio de operación se debe realizar desde el panel local con confirmación en la sala remota.

5.2.15

Los sistemas de protección de las unidades de fuego deben cumplir con las respectivas normas en los aspectos de independencia y separación de funciones, equipos y conexiones al proceso.

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Todos los dispositivos de protección deben cumplir con uno de los siguientes criterios: 1.

Estar certificado para el servicio

2.

Estar aprobado para su uso por PDVSA.

Los dispositivos de protección no deben ser deshabilitado eléctrica, mecánica lógicamente, excepto cuando el mecanismo de inhibición esté diseñado intencionalmente para propósito de realizar prueba del dispositivo. 5.2.16

El sistema de control de encendido, conocido también como Sistema de Control de los Quemadores (BMS) debe ser suministrado y configurado por el fabricante de la unidad de fuego, como parte del suministro. Esta estrategia tiene el propósito de que el fabricante pueda garantizar y certificar no solamente el diseño y equipamiento del sistema de suministro de combustible y sistema de combustión, sino también el cumplimiento de las normas y su operabilidad en forma eficiente y segura, tanto del encendido como el paro del sistema de combustión.

5.2.17

El sistema para el control y supervisión del proceso de calentamiento puede ser el BPCS de la planta o un controlador dedicado, en este último caso el controlador debe ser suministrado y configurado por el fabricante de la unidad de fuego, acorde a las normas técnicas de PDVSA. El diseño de la lógica del sistema de control de combustión de cualquier unidad de fuego, se debe realizar siguiendo lo indicado en la sección 4 de la norma ANSI/ISA 77.41.01 y la norma NFPA 85. El diseño de la lógica del sistema de control de agua de alimentación en calderas y generadores de vapor, se debe realizar siguiendo lo indicado en la sección 4 de la norma ANSI/ISA 77.42.01. Los siguientes dispositivos y lógica deben estar cableados: 1.

Interruptor manual de paro de emergencia

2.

Permisivos de seguridad de encendido

3.

Límite alto de concentración de vapor

4.

Permisivos de alta temperatura

5.

Transformadores de ignición

6.

Permisivos de seguridad del proceso

5.2.18

Para los fines de facilitar la definición de los requerimientos de control y protección de las unidades de fuego, se hace la siguiente división genérica de subsistemas de instrumentación que componen una unidad de fuego. Ver figura 1.

a.

Sistema de suministro de combustible, que incluye medidor de flujo (uno para determinar el consumo y otro para control de flujo cuando aplique), los sensores

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y controladores de los lazos de control de presión, las válvulas de control y de corte automático de combustible, reguladores e instrumentación a partir del punto de entrega individual del combustible a cada unidad de fuego. Ver detalles en la sección 7 “Suministro de combustible”. El sistema de suministro de combustible incluye los cabezales de combustible a quemador y a pilotos, los ramales independientes de suministro de combustible a cada quemador y piloto de la unidad de fuego, así como el sistema de atomización en los casos de sistema de suministro de combustible líquido. b.

Sistema de aire de combustión, que incluye la instrumentación de los ventiladores, los sensores y controladores de los lazos de control de presión, válvulas de control, las rejillas y compuertas automatizadas para el control de la relación aire/combustible y la presión o tiro de la unidad de fuego.

c.

Sistema de quemador y piloto, que incluyen los sensores de llama, transformadores de ignición, bujía o electrodo de ignición y sistema de aire de limpieza de los sensores de llama, cuando aplique.

d.

Sistema de extracción de gases de combustión, este sistema incluye la instrumentación de los ventiladores, los sensores y controladores de los lazos de control de tiro, compuertas y rejillas automatizadas, sensores de temperatura, analizadores de gases de combustión, así como el sensor de llama en chimenea, cuando aplique.

e.

Sistema de distribución de carga en pases, cuando aplique, incluye los sensores y controladores de los lazos de control de flujo y las válvulas de control que regula el flujo de producto a través de cada pase, así como la instrumentación de medición presión y temperatura.

f.

Sistema de nivel y presión en el tambor de las calderas, que incluye los sensores y controladores de los lazos de control de nivel y presión, las válvula(s) de control, así como los analizadores de calidad del agua.

g.

Controlador de encendido (Controlador del BMS), es el sistema que garantiza el encendido, operación y paro seguro de la unidad de fuego. El BMS recibe y envía señales de control hacia la instrumentación de los sistemas de suministro de combustible, de aire de combustión, de quemador y piloto, de extracción de gases de combustión y controlador de combustión para realizar en forma segura y confiable el encendido de pilotos, encendido de quemadores, monitoreo de llama, así como la activación segura del corte de combustible en caso de desviación del proceso que amerite el paro de la unidad de fuego o la activación manual del paro de la unidad.

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h.

Sistema de aislamiento y despresurización, son las válvulas automatizadas usadas para interrumpir el suministro de fluido inflamable o peligroso hacia la unidad de fuego y/o despresurizar o desalojar dichos fluidos de la unidad de fuego. El control y lógica para la manipulación de estas válvulas se realiza desde el controlador SIS de la planta, el cual está fuera del alcance de este documento, sin embargo la posición correcta de estas válvulas debe ser considerado como permisivo para la ignición y operación de la unidad de fuego. El requerimiento de estas válvulas lo definen los respectivos análisis de riesgos.

i.

Controlador de combustión, es el equipo en donde reside la lógica para el monitoreo y control de las variables tanto del proceso como de la unidad de fuego. El controlador de combustión recibe y envía señales de control hacia la instrumentación de los sistemas de suministro de combustible, de aire de combustión, de extracción de gases de combustión, de distribución de carga en pases, de nivel y presión en tambor o domo de calderas, controlador de encendido para realizar en forma segura y confiable la pre–purga, el control y monitoreo de la relación aire–combustible, el control y monitoreo del tiro, el control y monitoreo de la temperatura y/o presión del fluido de proceso, la operación automática de la unidad de fuego en condición de llama mínima cuando existen ciertas condiciones predefinidas. El controlador de combustión puede ser un equipo dedicado para cada unidad de fuego, o puede compartir el uso del Sistema Básico de Control de la planta (BPCS), en este último caso, la lógica operacional de la unidad de fuego se debe mantener separados de la lógica operacional del proceso de la planta, así mismo se debe asignar tarjetas y módulos de entradas/salidas para uso exclusivo e independiente para la unidad de fuego.

j.

Sistema de alimentación eléctrica. Aunque no forma parte de la instrumentación, debe cumplir con unos requerimientos mínimos. Incluye un sensor o relé para detectar la falla de la alimentación eléctrica, evento que es iniciador del paro de la unidad de fuego. Ver Figura 1.

k.

Sistema de aire de instrumentos. Normalmente se usa el aire de instrumentos suministrado por la planta. Incluye un sensor de baja presión de aire de instrumentos, evento que es iniciador del paro de la unidad de fuego.

l.

El panel local de la unidad de fuego, incluye la interfaz para permitir el encendido, en forma segura y confiable, de la unidad de fuego. El panel local se debe ubicar en un lugar en donde el operador tenga contacto visual directo de la unidad de fuego mientras está operando el panel, y fácil acceso a los principales sistemas y componentes de la unidad de fuego. La estructura para la locación del panel local debe proveer nivel apropiado de protección del panel y el operador, tanto de las inclemencias del tiempo, como de eventos catastróficos en la unidad de fuego.

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Los gabinetes de equipos, que consisten en el conjunto de gabinetes que contienen a los controladores y equipos auxiliares de la unidad de fuego. Estos gabinetes se deben ubicar en un lugar lo suficientemente alejado de la unidad de fuego o estar protegido de forma tal que no sea afectado en caso de evento catastrófico en la unidad de fuego, preferiblemente en área protegido de la intemperie. Los gabinetes deben cumplir con la norma técnica PDVSA K–330. Fig 1. PRINCIPALES SUBSISTEMAS EN EQUIPOS DE FUEGO

6

REQUERIMIENTOS OPERACIONALES BÁSICOS

6.1

En lo posible se debe operar la unidad de fuego con un mínimo de operaciones manuales.

6.2

Se deben proveer permisivos para asegurar la secuencia correcta de operación e interrumpir la secuencia si las condiciones no son correctas para continuar.

6.3

Ningún permisivo debe ser inhibido durante el arranque u operación de la unidad de fuego, a menos que la inhibición sea supervisada y controlada mediante procedimientos operacionales.

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6.4

Se debe realizar la pre–purga de la unidad de fuego como parte de la secuencia de encendido, con el fin de remover los gases combustibles que pudieran haber entrado a la unidad de fuego durante su período de parada. Se debe realizar un ciclo de purga después de cada corte total de combustible a quemadores y pilotos. Los requerimientos del ciclo de pre–purga se indican en la norma API 556 para los calentadores, la NFPA 85 para las calderas y NFPA 86 para los hornos.

6.5

El encendido de los pilotos y quemadores se debe realizar con todos los permisivos necesarios.

6.6

La lógica del sistema de control de encendido debe tener precedencia sobre la lógica del sistema de control de combustión.

6.7

El control automático del flujo de aire sólo será permitido si se mantiene el control del tiro en control automático.

6.8

El control automático del flujo de combustible sólo será permitido si se mantiene el control de flujo de aire en control automático.

6.9

El sistema de control de combustión no reducirá ni incrementará automáticamente el combustible que permita a la unidad de fuego operar fuera de su rango operacional de diseño.

6.10

La relación entre el sistema de control de combustión y el sistema de control de encendido se muestra a continuación. En las Figuras 2 y 3 se muestran lan aquitecturas BMS y el sistema de control de combustión local.

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Fig 2. ARQUITECTURA BMS Y SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN LOCAL SISTEMA DE CONTROL DE PLANTA CONSOLAS

SERVIDOR

RED DE CONTROL

SIS

BPCS

FIRE & GAS

HARDWARE

EQUIPO DE FUEGO PANEL DE CONTROL

CONTROL COMBUSTIÓN

IHM

BMS BOTONERAS

LAN

Fig 3. ARQUITECTURA BMS LOCAL Y SISTEMA DE COMBUSTIÓN EN SALA DE CONTROL SISTEMA DE CONTROL DE PLANTA CONSOLAS

SERVIDOR

RED DE CONTROL

BPCS

SIS

FIRE & GAS

HARDWARE

EQUIPO DE FUEGO PANEL DE CONTROL

IHM

BMS BOTONERAS

LAN

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Modo de Operación

6.11.1

Operación Automática Una unidad de fuego operada en forma automática es aquella en la que la pre–purga, encendido y parada de la unidad se realiza en forma automática.

6.11.2

Operación Manual Supervisada Una unidad de fuego operada en forma manual supervisada es aquella en la cual un operador entrenado tiene la responsabilidad primaria de activar la ejecución de la pre–purga, el encendido y paro de la unidad de fuego, la cuál tiene permisivos para asegurar que las operaciones siguen apropiadamente un procedimiento establecido. La lógica del sistema de encendido incluye permisivos y enclavamientos para prevenir acciones impropia del operador, algunos paros de seguridad, supervisión de llama e indicaciones del estado de la secuencia de encendido. El operador debe operar este tipo de equipo de acuerdo a un procedimiento operacional escrito para el equipo.

a.

Este tipo de operación requiere atención constante por parte de un operador debidamente entrenado.

b.

La activación de la pre–purga, el encendido y apagado normal de cualquier quemador debe ser realizada por un operador desde el panel local del equipo.

c.

El operador debe tener acceso visual directo del equipo.

d.

Se requiere instrumentación apropiada para controlar en forma automática las entradas (combustible y fluido de proceso) al equipo, y los cambios para mantener la relación aire–combustible dentro de los límites necesarios para una combustión continua y llama estable en todo el rango operacional de la unidad de fuego.

6.11.3

Operación Manual La operación manual es aquella en la que los procedimientos de la pre–purga, el encendido y parada del equipo se realizan en forma manual. La operación manual no es recomendada, sin embargo, en algunas aplicaciones y requerimientos de procesos no usuales, pudiera existir un riesgo mayor por el paro automático del equipo. Este modo de operación debe ser aprobado por la respectiva Gerencia custodia de la planta donde operará el equipo, avalado por un análisis de riesgos que indique que es la mejor opción operacional. En un equipo de operación manual, el operador debidamente entrenado tiene la responsabilidad primaria de encender, operar y parar el equipo de acuerdo a un procedimiento específico para dicho equipo. Sin embargo el suministro principal de combustible a piloto y quemador del equipo debe estar equipado con válvulas de bloqueo automático para permitir realizar el paro de emergencia del equipo, en caso de que sea necesario.

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SISTEMA SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE El sistema de suministro de combustible es el conjunto de componentes que transporta y acondiciona el combustible a la presión y flujo requerido para la operación de la unidad de fuego, también incluye los dispositivos para detectar condiciones anormales de la presión de suministro y las válvulas de corte para interrumpir en forma automática el suministro en forma individual o total de combustible hacia los pilotos y quemadores de la unidad, en el caso de ocurrir una desviación operacional que puede derivar en una situación riesgosa, o cuando se activa manualmente el paro de la unidad. Se deben instalar válvulas automáticas de corte de combustible (Safety Shutoff Valves) en la forma y ubicación de la NFPA 85 para las calderas, de la norma API 556 para los calentadores y de la NFPA 86 para los hornos. Las válvulas automáticas de corte de combustible (Safety Shutoff Valves) deben cumplir con los requerimientos definido en la la norma API 556, excepto lo concerniente a la eliminación de la válvula de venteo del gas combustible entrampado entre las dos válvulas. En cualquier unidad de fuego, las válvulas debe ser de falla segura. El tipo de falla debe satisfacer los requerimientos de purga y bloqueo establecido en la NFPA 85. El sistema de válvulas automáticas de corte de combustible en los cabezales de suministro a pilotos y a quemadores debe tener configuración de doble bloqueo para combustible líquido y doble bloqueo y venteo para gas combustible. La instalación de válvulas de baipás a las válvulas automáticas de corte de combustible en los cabezales de suministro a pilotos y a quemadores solo se permite si se cumple lo establecido en la norma API 556. En cada ramal individual hacia cada piloto o quemador se debe instalar válvula automatizada de corte de combustible, como mínimo en configuración sencilla de una válvula, para permitir el encendido o paro de cada sistema piloto–quemador de manera individual. Esta válvula automática debe tener las mismas características de las válvulas automáticas de corte de combustible (Safety Shutoff Valves) usada en los cabezales de suministro de combustible a pilotos o quemadores, y se debe instalar lo más cerca posible del piloto o quemador, a fin de minimizar el volumen de combustible que quede entre la válvula y el piloto o quemador. Se deben instalar válvulas manuales de aislamiento, purga y/o venteo, en los puntos donde sea necesario, para permitir la realización en forma segura de mantenimiento de componentes del sistema de suministro de combustible. Se debe medir las siguientes variables en el sistema de suministro de combustible:

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7.1

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Presión del Combustible Detección obligatoria de condición de baja y alta presión del combustible, para generar las alarmas respectivas y paro de la unidad de fuego. Medición de la presión del combustible aguas arriba de la válvula de control de presión de combustible. Medición obligatoria de la presión de gas a quemadores y pilotos, la cuál se debe realizar aguas abajo de la válvula de control de presión y a una distancia mínima del cabezal de distribución.

7.2

Flujo del Combustible En los casos en donde se requieran contabilizar el consumo de combustible, se debe colocar un medidor de flujo aguas arriba de los cabezales de distribución de combustible a pilotos y quemadores. En el cabezal de distribución de combustible a quemadores se debe medir el flujo total a quemadores con el fin de poder hacer los cálculos y control de relación de aire/combustible. En el caso de combustible líquido se debe medir el flujo de retorno o ubicar la medición de flujo para medir el flujo neto de combustible hacia los quemadores. En el caso de combustible líquido, se debe medir el flujo del fluido de atomización. Opcionalmente, en los sistemas de gas, para compensar los cambios en la composición del gas combustible, se debe medir el poder calorífico o se puede inferir de la medición de gravedad específica. También se puede medir la densidad y compensar por presión y temperatura para determinar la gravedad específica. Si el gas combustible contiene cantidad variable de compuestos inertes (tal como dióxido de carbono o nitrógeno) y se espera variaciones grandes del poder calorífico, se recomienda medir el índice de Wobbe o poder calorífico. Debido a que el poder calorífico del gas se correlaciona mejor con su flujo másico que con su flujo volumétrico se recomienda realizar el control con el flujo másico del gas. Si se usa placa de orificio para medir el flujo másico de gas, la medición se debe compensar con la medición de densidad del gas a la misma temperatura y presión de la medición de flujo.

7.3

Configuración del Sistema de Suministro de Combustible Se debe utilizar como mínimo las siguientes arquitecturas de tubería e instrumentación.

7.4

Suministro Principal de Combustible Es la porción del sistema común de suministro de combustible que está aguas arriba del límite de batería de las unidades de fuego.

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En el caso de planta con una sola unidad de fuego las funciones de regulación de presión y medición de flujo se pueden eliminar en esta porción del sistema. 7.4.1

Sistema Suministro Principal de Gas Combustible Fig 4. SUMINISTRO PRINCIPAL DE GAS COMBUSTIBLE

PSV PSH

Responsabilidad del fabricante de la unidad

PI

S

Suministro de gas

M XZSD

PSH PSL PI M XZSD V PV PSV S

PSL

Interruptor de alta presión Interruptor de baja presión Manómetro Medidor de flujo Válvula bloqueo (*) Válvula manual bloqueo Regulador de presión Válvula de seguridad Filtro

7.4.2

M V

PV

A cabezal de quemadores A cabezal de pilotos

M V

Nota: (*): Válvula XZSD operada remotamente solo si está ubicada a menos de 15 m de la unidad de fuego (1) Medidores opcionales

A otras unidades de fuego M V (1)

Sistema Suministro Principal de Combustible Líquido Si se usa tanque de almacenamiento para el combustible líquido, su diseño debe cumplir con la norma NFPA 31. El diseño de las tuberías del sistema de transporte y distribución del combustible líquido debe cumplir con la norma NFPA 31”. La supervisión de nivel en los tanques de almacenamiento de combustible y el corte automático de suministro de combustible hacia la unidad de fuego debe cumplir con la norma NFPA 31. El diseño del sistema de distribución de combustible líquido hacia las unidades de fuego debe cumplir la norma NFPA 31. El combustible líquido se debe suministrar en forma continua hacia la cámara de combustión en forma de atomización fina que pueda ser fácilmente encendida y consumida. Si el suministro se realiza mediante una bomba, se debe instalar una válvula de alivio de presión aguas abajo de la bomba de combustible líquido, para prevenir la sobre presión en el sistema. Ver Figuras 5 y 6.

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Fig 5. SUMINISTRO PRINCIPAL COMBUSTIBLE LÍQUIDO POR GRAVEDAD MEDIANTE TANQUE Responsabilidad del fabricante de la unidad LAH

A cabezal de quemadores

M V

XV

V

XV

TSV

A cabezal de pilotos

TANQUE LT M TSV

LAL

A otras unidades de fuego M V

TSV XV V LT LAH LAL M F

Válvula bloqueo con fusible térmico Válvula automática corte combustible Válvula manual bloqueo Trasmisor de nivel Interruptor alto nivel Interruptor bajo nivel Medidor de flujo Filto

TSV

V

F

XV

TSV

(1)

Nota:(1): Opcional

Fig 6. SUMINISTRO PRINCIPAL COMBUSTIBLE LÍQUIDO MEDIANTE BOMBA

Al tanque de combustible PSV PI

PC

PSH

Responsabilidad del fabricante de la unidad

PI M

Del tanque combustible

M V

PCV

A cabezal de quemadores A cabezal de pilotos

XV B

M

PSH PCV PC PI PSV XV M V B

Interruptor alta presión Válvula control de presión Controlador de presión Manómetro Válvula de seguridad Válvula motorizada Medidor de flujo Válvula manual de bloqueo Bomba

Nota: (1): Opcional

V

A otras unidades de fuego M V (1)

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Múltiples de Distribución a Pilotos y Quemadores Esta porción del sistema de suministro de combustible abarca desde la conexión de la unidad de fuego en el múltiple de distribución de suministro principal de la planta, hasta la conexión con cada piloto y quemador de la unidad de fuego. Está compuesto por una válvula de aislamiento ubicada en la entrada, un medidor de flujo de combustible para los casos en donde se requiere contabilizar el consumo de combustible de la unidad de fuego, el múltiple o cabezal de distribución de combustible a pilotos y el múltiple o cabezal de distribución de combustible a los quemadores. A continuación se muestran las configuraciones típicas mínimas recomendadas de los múltiples de distribución a pilotos y quemadores, para la operación de las unidades de fuego en forma automática o en forma manual supervisada. Los requerimientos de componentes y configuración son los mismos para ambos modos de operación, la diferencia está en la lógica de operación configurada en el controlador de encendido. En el modo de operación manual supervisado, las operaciones de encendido se realizan en forma automática para cada paso del encendido; pre–purga, encendido de cada piloto y encendido de cada quemador, pero la continuación de la secuencia entre un paso y el siguiente debe ser activada por el operador. En caso de múltiple pilotos y quemadores, una vez completado en forma satisfactoria el encendido del piloto correspondiente en la secuencia, el encendido del siguiente piloto debe ser activado por el operador. En caso de ignición fallida del piloto, el operador tiene la opción de abortar el proceso de encendido o continuar el encendido, re–intentando el encendido del piloto fallado, o aplicando un baipás al encendido del piloto fallado y continuar con el encendido activando la ignición del siguiente piloto en la secuencia. Igual lógica se aplica para los quemadores. El encendido de los pilotos y quemadores también se puede realizar en secuencias de grupos de pilotos y en secuencias de grupos de quemadores, la decisión de usar una u otra forma debe ser una recomendación de ingeniería de riesgo. Para mayores detalles de las secuencias de encendido ver la sección 21 (Secuencia de arranque) de este documento. (Ver Figuras 7 y 8)

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Múltiples de Gas Combustible Fig 7. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN GAS A PILOTOS

XZBD

PSH

Del suministro principal de gas

PSL

PI

A piloto V

PV

PSH PSL PI PV XZSD XZBD V

XZSD

V

XZSD

Interruptor de alta presión Interruptor de baja presión Manómetro Regulador de presión Válvula corte combustible Válvula venteo Válvula manual bloqueo

V

XV

A pilotos restantes

V

Fig 8. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN GAS A QUEMADORES

XZBD FT

Del suministro principal de gas

PCV

PI

PI

PI

PSL

A quemador V

V

V PV

XZSD

V

XZSD

XV

V

PSH FO

PSH PSL

Interruptor alta presión Interruptor baja presión

PCV PV PI XZSD XZBD XV FT FO V

Válvula control de presión Regulador de presión Manómetro Válvula corte combustible Válvula venteo Válvula on–off automática Trasmisor de flujo (ubicación de medición, según cada el caso) Orificio restricción Válvula manual bloqueo

7.4.5

V

V

XV

A quemadores restantes

V

Múltiples de Combustible Líquido La configuración de las válvulas automática de corte de combustible será de dos válvulas en serie si existe una de las siguientes condiciones, de lo contrario será de una sola válvula:  La presión del combustible es mayor de 125 psi (862 Kpa)  El suministro de combustible se realiza mediante una bomba que puede estar operando sin que la unidad de fuego esté encendida

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 El suministro de combustible se realiza mediante una bomba que está en operación durante la operación de la unidad de fuego usando combustible combinado gas y líquido. (Ver Figuras 9, 10, 11 y 12) Fig 9. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN COMBUSTIBLE LÍQUIDO A PILOTOS CON ATOMIZACIÓN MECÁNICA Medio de barrido XV PSV XZSD PSH

PSL

Suministro de combustible líquido PSH PSL PV XZSD XV PI PSV V

PI

A piloto V

PV

XZSD

XV

V

Interruptor de alta presión Interruptor de baja presión Regulador de presión Válvula de corte Válvula on–off automática Manómetro Válvula de seguridad Válvula manual de bloqueo

A pilotos restantes

V

Nota: El uso de una o dos válvulas de corte (XV) está definido en la norma NFPA 86, sección 8.8.3 y descrito en el párrafo anterior.

Fig 10. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN COMBUSTIBLE LÍQUIDO A PILOTOS CON ATOMIZACIÓN DE AIRE/VAPOR Medio de barrido

XV

PSV PSL

Suministro de combustible

PSH

A piloto V

PV

XZSD

dPSL

Suministro de medio atomización

PI

V

PSH PSL dPSL PV dPV PSV PI XZSD XV V

PSL

XZSD

PI

dPV

Interruptor de alta presión Interruptor de baja presión Interruptor de baja presión diferencial Regulador de presión Regulador de presión diferencial Válvula de seguridad Manómetro Válvula automática de corte Válvula on–off automática Válvula manual de bloqueo

XV

V

V

V

V

V

A pilotos restantes

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Fig 11. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN COMBUSTIBLE LÍQUIDO A QUEMADORES CON ATOMIZACIÓN MECÁNICA

Medio de barrido

XV

PSV XZSD FT

Suministro de combustible

PSL

PI

PSH

PI

Al quemador V

PCV

XZSD

V

A quemadores restantes

PV FT

Retorno de combustible

PSH PSL TSL PCV PV PSV FT PI TI XZSD XV V F

XV

TSL

TI V

XV

Interruptor alta presión Interruptor baja presión Interruptor baja temperatura Válvula control presión Regulador de presión Válvula de seguridad Trasmisor de flujo (opcional, según cada caso) Manómetro Termómetro Válvula autómatica corte Válvula on–off autómatica Válvula manual bloqueo Filtro

Nota: El uso de una o dos válvulas de corte (XV) está definido en la norma NFPA 86, sección 8.8.3 y descrito en el párrafo anterior.

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Fig 12. MÚLTIPLE DISTRIBUCIÓN COMBUSTIBLE LÍQUIDO A QUEMADORES CON ATOMIZACIÓN DE AIRE/VAPOR

FT

TI

TSL

Retorno de combustible

XV

PSV FT

Suministro de combustible

PCV

PI

XZSD PSL

PSH

PI

F

Al quemador V

XZSD

XV

V

XV

PV V FT

Suministro medio de atomización

PI

PSL

dPSL

PI

F

Al quemador V

dPV

PSH PSL dPSL TSL PCV PV dPV PSV FT PI TI XZSD XV V F

Interruptor alta presión Interruptor baja presión Interruptor baja presión diferencial Interruptor baja temperatura Válvula control presión Regulador presión Regulador presión diferencial Válvula de seguridad Trasmisor de flujo (opcional, según cada caso) Manómetro Termómetro Válvula autómatica corte Válvula on–off autómatica Válvula manual bloqueo Filtro

XV

V

V

A quemadores restantes

V V V

Nota: El uso de una o dos válvulas de corte (XV) está definido en la norma NFPA 86.

7.4.6

Unidad de Fuego con Sistema Dual de Combustible Las unidades de fuego que poseen la capacidad de operar con gas combustible o combustible líquido deben estar provista con un selector físico tipo llave, ubicado en el panel local de la unidad, para permitir la selección de la lógica operacional en el combustible correspondiente. En los casos de instalaciones con sala de control, este selector se debe ubicar en un panel en la sala de control. La operación de este selector debe quedar automáticamente registrada en la bitácora de eventos del sistema de control de la planta.

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Las válvulas y equipos del sistema de combustible “no seleccionado” permanecerán cerradas, des–energizadas, no habilitadas y/o bloqueadas para operar. Las válvulas de cierre o bloqueo principal de cada uno de los sistemas de combustible deben tener provisto interruptores de posición cuyos contactos se usarán en la lógica de permisivo para habilitar la operación en el combustible correspondiente. Los modos y requisitos para la selección del combustible se describen en la norma NFPA 85. La configuración del suministro y múltiple de distribución a pilotos y quemadores de cada uno de los sistemas de combustible, es idéntica a los sistemas independientes descritos en esta norma técnica.

7.5

Resumen Alarmas y Protección Sistema Combustible

7.5.1

Alarmas Se debe proveer alarmas para alertar al operador de la existencia de desviación de las condiciones del proceso que se aproxima a los límites operacionales que pueden originar el apagado de los quemadores y acumulación rápida de combustible dentro del hogar de la unidad de fuego. – – – –

7.5.2

Baja presión de combustible a pilotos Alta presión de combustible a pilotos Baja presión de combustible a quemadores Alta presión de combustible a quemadores

Protección Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de suministro de combustible.

a.

Baja Presión Combustible a Quemadores Se debe activar paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

b.

Alta Presión Combustible a Quemadores Se debe activar paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

c.

Baja Presión Combustible a Pilotos Se debe activar paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

d.

Alta Presión Combustible a Pilotos Se debe activar paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

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Baja Presión Medio de Atomización Se debe activar paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

8

SISTEMA SUMINISTRO DE AIRE DE COMBUSTIÓN El sistema de suministro de aire de combustión comprende la ductería, ventiladores, compuertas y válvulas para mantener el flujo de aire para una combustión eficiente del combustible. En general se debe cumplir con la norma NFPA 85, la norma NFPA 86 y la norma ANSI/ISA 77.41.01 Si el flujo mínimo y máximo de aire de combustión es crítico se debe colocar tope mecánico en las compuertas o válvulas que regula el aire de combustión para prevenir su apertura o cierre excesivo.

8.1

Temperatura Precalentador Aire Combustión (Precalentador Regenerativo) Ver Figura 13. Fig 13. FORMA DE CALENTAMIENTO DEL AIRE DE COMBUSTIÓN EN PRECALENTADOR REGENERATIVO Aire de combustión Gases de combustión

Aire de combustión

Gases de combustión

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Los precalentadores regenerativos usan un tambor rotatorio como medio de transferencia de calor entre los gases de combustión y el aire de combustión. Los gases de combustión pasan por la mitad de un laberinto metálico en forma de tambor que gira lentamente, de manera que alternativamente es calentado por los gases de combustión y enfriado por el aire de combustión que fluye por la otra mitad del tambor rotativo. Existe una junta divisoria que evita la mezcla de los gases de combustión con el aire de combustión. Cuando se usa precalentador de aire de combustión, se recomienda medir temperatura en los siguientes puntos:  Múltiples puntos en las partes metálicas en contacto con los gases de combustión, con el fin de regular el aire al pre calentador para mantener la temperatura de las partes metálicas sobre el punto de rocío del ácido.  Gas de combustión que entra al pre–calentador.  Succión ventilador de tiro inducido.  Aire de entrada al pre calentador.  Salida de precalentador de aire de tiro forzado.  Aire de combustión a quemadores.

8.2

Presión del Aire de Combustión Se debe medir la presión de aire de combustión de la siguiente manera:  Manómetro en succión de ventilador,  Manómetro en descarga de ventilador,  Detección y alarma de baja presión aire de combustión aguas abajo de la compuerta o precalentador de aire de combustión (pero lejos de los quemadores). Sitio recomendado es en la sección del ducto con menor área seccional. Opcionalmente se puede instalar sensor de flujo además del sensor de presión.

8.3

Flujo de Aire de Combustión (Aplica Solo para Unidades de Tiro Forzado y Balanceado) Se debe detectar condición de bajo flujo de aire de combustión para iniciar el paro de la unidad de fuego. La medición de flujo se puede hacer con venturi, tubo pitot de presión promedio o sensor de dispersión térmica en el ducto de tiro forzado. Debido a la limitación de la longitud apropiada de la carrera de medición, la precisión de la medición no es buena, y este tipo de medición no funciona cuando la unidad está funcionando en modo de tiro natural. El uso de arreglos de múltiples medidores por dispersión térmica o tubo pitot de presión promedio son los métodos más recomendados.

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Si la medición del flujo de aire no es factible o confiable, entonces se usará la condición de baja presión de aire de combustión aguas abajo de la compuerta o precalentador de aire de combustión (pero lejos de los quemadores). La condición de existencia de flujo o presión de aire de combustión también es requerida como permisiva para poder iniciar el encendido de la unidad de fuego. La supervisión del estado de operación del ventilador de tiro forzado también debe ser usada para detectar la condición de pérdida de aire de combustión, ya que mejora el tiempo de respuesta en comparación con la detección de condición de bajo flujo de aire de combustión. En los casos en donde sea factible la existencia de alta presión de aire de combustión por encima del valor seguro de operación, se debe proveer la detección de alta presión de aire de combustión para iniciar el paro de la unidad de fuego. Las compuertas y rejillas se deben mantener fijo en su posición abierta o tener enclavamiento, ubicado en su elemento de accionamiento, que lo abra automáticamente o manualmente durante la operación de la unidad de fuego.

8.4

Resumen Alarmas y Protección Sistema Aire de Combustión

8.4.1

Alarmas Se debe proveer las siguientes alarmas con el fin de alertar al operador previo al paro de la unidad de fuego;

a.

Bajo flujo de aire de combustión

b.

Baja presión en ducto de aire (si éste es medido)

c.

Pérdida de ventilador (solo en unidad de tiro forzado o inducido)

d.

Baja velocidad ventilador (solo en unidad de tiro forzado o inducido)

e.

Alta vibración en ventilador (solo en unidad de tiro forzado o inducido)

f.

Alta corriente motor ventilador (solo en unidad de tiro forzado o inducido)

g.

Alta y baja diferencial de presión a través del ventilador (solo en unidad de tiro forzado o inducido)

h.

Alta temperatura succión ventilador (solo en unidad de tiro inducido)

i.

Compuertas y rejillas fuera de posición (no abiertas y no cerradas)

j.

Condición de “dropout door” atascada. (no se logra obtener posición deseada en lapso de 5 a 10 segundos)

k.

Bajo tiro (alta presión en hogar)

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l.

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Alto tiro (baja presión en hogar)

m.

Pérdida de rotación pre calentador regenerativo (en unidad con precalentador de aire)

n.

Baja temperatura de partes metálicas en contacto con gases de combustión (en unidad con precalentador de aire)

o.

Alta temperatura gas combustión succión ventilador tiro inducido (en unidad de tiro inducido y con precalentador de aire)

p.

Baja temperatura gas combustión succión ventilador tiro inducido (en unidad de tiro inducido y con precalentador de aire)

8.4.2

Protecciones Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de aire de combustión:

a.

Bajo Flujo de Aire de Combustión Se debe implantar una de las siguientes acciones:

b.

1.

Paro de la unidad de fuego y activación de alarma respectiva.

2.

Apertura de “dropout door” en ducto de aire de combustión en lapso de 5 a 10 segundos y operación de la unidad a condición de llama mínima. (En unidad con pre calentador, se debe aplicar un baipás al pre calentador (parar el ventilador de tiro inducido y abrir compuerta de chimenea) para evitar su daño)

Falla Apertura, en Lapso de 5 a 10 Segundos, de “Dropout Door” en Ductos de Aire de Combustión después de Ocurrir Falla del Ventilador de Tiro Forzado o Bajo Flujo de Aire de Combustión Se debe activar paro de la unidad de fuego.

c.

d.

Alto/Bajo Tiro (Baja/alta Presión en Hogar) 1.

En unidad de tiro natural, se debe activar el paro de la unidad y activación de alarma respectiva.

2.

En unidades de tiro balanceado o inducido, se debe abrir la “dropout door” o se mantiene la condición alto/bajo tiro por más de 5 a 10 segundos, se debe activar paro de la unidad de fuego y activación de alarma respectiva.

Falla Apertura, en Lapso de 5 a 10 Segundos, de “Dropout Door” después de Ocurrir Pérdida de Ventilador de Tiro Inducido o Condición de Bajo Tiro (Alta Presión en Hogar) Se debe activar paro de la unidad de fuego y activación de alarma respectiva.

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9 9.1

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SISTEMA DE PILOTOS Y QUEMADORES Detección de la Llama El sistema de detección de llama se usa para detectar la pérdida de la llama en uno o más pilotos/quemadores. Los factores a considerar en un sistema de detección de llama incluyen: – – – –

Diseño de piloto/quemador, Cantidad de pilotos/quemadores, Tipo y composición del combustible, Capacidad del sensor para detectar en forma independiente la llama del piloto y la llama del quemador, – Forma y luminosidad de la llama, – Geometría de la unidad de fuego, – Capacidad del sensor para distinguir la llama de otras fuentes de radiación. Las tecnologías de detección de llamas que se pueden usar son: Varillas de ionización. Permite detectar cada llama en forma independiente sin los problemas de interferencia de los sensores ópticos. Normalmente usado para detección de llama del piloto, ya que la intensidad de la llama del quemador reduce rápidamente su vida útil. Requiere reemplazo periódico. Sensor óptico. Dependiendo del combustible a quemar, hay tres tipos: Infrarrojo (IR). No recomendado para gas combustible. Sensible a IR proveniente de otras fuentes. Ultravioleta (UV). Recomendado para gas combustible. Combinación infrarrojo y ultravioleta (UV/IR). Mejora funcionalidad general de sensores independiente IR y UV. Sensor óptico presenta problema de interferencia entre llamas y no puede diferenciar una llama de otra. Requiere capacidad de autodiagnóstico para minimizar probabilidad de falsa detección. En combustión con muchas cenizas requiere facilidad de purga de aire para evitar obstrucción de lente. Requiere de base que facilite su orientación. Como caso base cada piloto y cada quemador debe tener su detector de llama. En los casos de lógica de piloto interrumpido, se puede usar el mismo sensor para detección de llama de piloto y quemador. En los casos de lógica de piloto continuo, se debe usar un detector para el piloto y otro para el quemador. El detector del quemador no debe detectar la llama del piloto.

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En los casos de piloto removible (Clase 3), se debe instalar al menos un detector de llama. Este detector debe ser usado para detectar la llama del quemador una vez removido el piloto. Los quemadores instalados en forma adyacentes uno al otro o conectados con dispositivo de propagación de la llama, se pueden considerar como un solo quemador y debe tener al menos un detector de llama instalado en el extremo del arreglo, de forma tal que detecte la llama en el punto más alejado de la fuente de ignición. No se debe usar medios mecánicos, eléctrico o electrónico para forzar la condición de “ausencia de llama” como parte de la secuencia de encendido. Se debe detectar “ausencia de llama” tanto en el piloto como en el quemador como permisivo para la apertura de válvula de combustible al piloto o quemador respectivamente. Una vez abierta la válvula de combustible y establecida la chispa para ignición, se debe detectar “presencia de llama” después de un tiempo máximo de 4 segundos, de lo contrario se debe cerrar la válvula de combustible. La señal de “ausencia de llama” de piloto no es requerida en los siguientes casos: Se detecta “presencia de llama” en quemador asociado Piloto de tipo continuo (Clase 1) en la que se detecta “presencia de llama” en quemador asociado En la lógica de encendido de los pilotos y quemadores, se debe incluir la señal de presencia de llama como enclavamiento para mantener la respectiva válvula automática de corte de gas abierta. Una vez establecido el encendido, la falla de la llama debe generar una alarma, y de acuerdo a una lógica predefinida de quemadores sin llama, activará automáticamente el paro de la unidad de fuego. El tiempo de respuesta entre la falla de la llama y la des energización de la válvula de corte de combustible no debe ser mayor de 4 segundos. El tiempo de respuesta entre la des energización de la válvula de corte de combustible y el cierre total de dicha válvula no debe ser mayor de 1 segundo. El sistema de detección de llama debe tener alimentación a través del UPS. El sistema de encendido de pilotos consiste en una bujía adosada a cada piloto. Al aplicar un alto voltaje a través de un transformador de encendido se genera un arco eléctrico entre los electrodos de la bujía, para encender el combustible que fluye a través del piloto. La alimentación eléctrica de los transformadores de ignición se debe realizar desde una fuente diferente al de la alimentación del sistema de control.

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9.2

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Resumen de Alarmas y Protección Sistema Pilotos y Quemadores

9.2.1

Alarma

a.

Se debe proveer una alarma por pérdida de llama para cada piloto.

b.

Se debe proveer una alarma por pérdida de llama para cada quemador.

9.2.2

Protección Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de detección de llama.

a.

Pérdida de Llama de Múltiples Quemadores, de acuerdo a Patrón Predefinido Se debe activar paro de la unidad de fuego y activación de alarma respectiva.

10 SISTEMA DE CONTROL DE ENCENDIDO (BMS) El sistema de control de encendido (BMS) debe ser un equipo con certificación SIS de acuerdo al nivel SIL determinado en los análisis de riesgos. El (BMS) debe cumplir con la lógica de encendido establecido en la norma NFPA 85. Si se requiere operación simultánea tanto con combustible líquido como con gas, se debe cumplir los requerimientos indicados en la sección “Unidad de fuego con sistema dual de combustible” de esta norma técnica. La condición de existencia de flujo o presión de aire de combustión es requerida como permisivo para poder iniciar el encendido de la unidad de fuego.

10.1

Fases del Proceso de Encendido Se deben seguir los pasos indicados en el manual de operación de la unidad de fuego, sin embargo, de manera genérica el proceso de encendido de una unidad de fuego comprende las siguientes fases:

10.1.1

Paso 1. Cumplimiento de permisivos para pre–purga:       

Válvulas automáticas para corte de combustible cerradas Ausencia de llamas en pilotos y quemadores Compuerta de chimenea abierta Reposición paro manual Eliminación y reposición de alarmas Establecimiento de balance de carga (en calentadores de múltiples pases) Nivel apropiado en el tambor (en caldera)

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10.1.2

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Paso 2. Realización de Pre–purga  Previo al encendido de los pilotos y quemadores, se debe realizar la pre–purga con el fin de remover los vapores y gases inflamables que hayan entrado al hogar de la unidad de fuego durante su periodo de parada.  Los requerimientos de la prepurga se indica en la norma NFPA 85 para las calderas, la norma NFPA 86 para los hornos y la norma API 556 para los calentadores.

10.1.3

Paso 3. Activación ventiladores (en unidad de fuego de tiro inducido y forzado)

10.1.4

Paso 4. Apertura de las válvulas de corte de combustible en el cabezal de combustible a pilotos

10.1.5

Paso 5. Proceso encendido pilotos

10.1.6

Paso 6. Apertura de la válvula de control de presión de gas combustible hasta la posición de llama mínima.

10.1.7

Paso 7. Proceso encendido quemadores En caso de detectar condición anormal en el proceso de encendido de la unidad, se debe activar el paro de la unidad de fuego. Existe la opción de pasar a modo de recirculación y llama mínima. El custodio o Jefe de la instalación/planta tomará la decisión de la acción a tomar. Los requerimientos y pasos para el encendido y paro de calderas se indican en la norma NFPA 85. Los requerimientos y pasos para el encendido de calentadores y hornos se indican en la sección 8.5, “Control de protección” de la norma NFPA 86.

10.2 10.2.1

Resumen de Alarmas y Protecciones del BMS Alarmas Para los detalles de las alarmas del proceso de encendido ver secciones 7 a 10 de este documento. Además se debe proveer las siguientes alarmas asociadas al sistema de control de encendido.    

10.2.2

Malfuncionamiento de la unidad lógica de control Malfuncionamiento de sensor de llama Falla alimentación eléctrica Falla de aire de instrumentos

Protecciones Para los detalles de las protecciones del proceso de encendido ver secciones 7 a 10 de este documento. Adicionalmente se debe proveer las siguientes protecciones asociados al sistema de control de encendido.

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Mal Funcionamiento de la Unidad Lógica de Control Se activa el paro de la unidad de fuego y alarma correspondiente.

b.

Alarma Diagnóstico de Sensor de Llama Paro manual de la unidad a criterio del operador.

c.

Falla Alimentación Eléctrica a Bombas y/o Ventiladores Se debe activar paro de la unidad de fuego.

d.

Falla Alimentación Eléctrica al UPS del Sistema de Control Se debe activar alarma correspondiente y operador tomará decisión de acción a seguir.

e.

Falla de Aire de Instrumentos Se debe activar paro de la unidad de fuego.

11 SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN Y PROCESO 11.1

El sistema de control de combustión y proceso es responsable de: – Regular el combustible para asegurar una combustión continua y llama estable en todo el rango de operación de la unidad de fuego. – Controlar la combustión para que la misma sea completa a fin de cumplir con los requerimientos de emisión ambiental. – Controlar el tiro – Controlar la correcta relación de aire de combustión/combustible – Controlar el balance de flujo a través de cada pase (en calentadores) – Controlar la temperatura del proceso (en calentadores) – Controlar el nivel de agua en el tambor (en calderas y generadores de vapor) – Controlar la presión del vapor (en calderas y generadores de vapor) – Monitorear las variables operacionales de la unidad de fuego y del proceso

11.2

Las mediciones para el sistema de control de combustión y proceso deben ser precisas y repetitivas para poder mantener estable la combustión.

11.3

Los requerimientos funcionales generales del sistema de control de combustión y proceso se describe en la norma NFPA 85 y la norma ANSI/ISA 77.41.01.

11.4

Los requerimientos particulares para unidades de fuego de un solo quemador y múltiples quemadores se describen en la norma NFPA 85.

11.5

Las variables operacionales de la unidad de fuego y del proceso que el sistema de control de combustión y proceso debe monitorear son:

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11.5.1

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Temperatura en Zona Radiante y Hogar de la Unidad de Fuego Esta medición se hace normalmente con termocuplas. En unidades de fuego, se deberá instalar la cantidad necesaria de sensores de temperatura, con el fin de poder obtener un perfil de temperatura a lo largo de la longitud del hogar. Esto permite uniformidad de la temperatura en el hogar del calentador para optimizar el uso de combustible y aumentar la vida útil de los tubos de la unidad. De ser necesario se deberá instalar válvulas respectivas para permitir el ajuste “fino” de flujo de combustible hacia grupos de quemadores. Las termocuplas instaladas en la zona radiante se deben proteger con termopozo. Se debe evitar la incidencia directa de la llama sobre los puntos de medición. Se debe evitar la ubicación de las termocuplas en la “sombra” de los tubos o en puntos muertos.

11.5.2

Temperatura Sección de Convección Esta medición se hace normalmente con termocuplas instalados en la zona antes de la entrada de la chimenea. Las termocuplas instaladas en la zona de convección se deben proteger con termopozo.

11.5.3

Temperatura Entrada y Salida del Proceso (En Calentadores) Normalmente se usa termocupla con su respectivo termopozo en los siguientes puntos: – – – –

11.5.4

Múltiple de entrada del calentador Transición entre la sección de convección y la sección radiante en cada pase. Salida de cada pase Múltiple de salida del calentador

Temperatura en la Pared de los Tubos (En Calentadores) Para esta medición se debe usar termocupla tipo piel, soldado en la cara caliente de los tubos. La cantidad y ubicación de las termocuplas depende de la geometría de los tubos, orientación de los quemadores y el potencial de sobrecalentamiento debido a la coquificación o bajo flujo. Se recomienda un mínimo de dos (2) termocuplas por cada tubo. La termocupla de piel y su cable debe ser capaz de soportar el ambiente severo a que están expuestos dentro de la unidad de fuego. Para lograr una duración satisfactoria de servicio, se debe considerar el uso de cubierta de protección de material con alta resistencia al calor.

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Tiro Normalmente el tiro se mide en los siguientes puntos:  Cerca del piso de la unidad de fuego usando manómetro o transmisor  Encima de la zona radiante con un manómetro y un transmisor  Debajo de la compuerta de la chimenea, usando manómetro o transmisor

11.5.6

Carga en Cada Pase (En Calentadores) Normalmente el flujo de proceso a ser calentado se divide entre varios pases. Se debe medir el fluijo y balancear la carga en cada pase. Se debe cumplir lo indicado en la norma API 556.

11.5.7

Presión del Proceso En calentadores se debe medir la presión aguas abajo de la válvula de control de flujo de cada pase. En calentador para servicio de vaporización se debe medir la presión en el múltiple de salida. En calderas y generadores de vapor se debe medir la presión del vapor de salida. El sistema de control de combustión y proceso debe controlar las siguientes variables:

a.

Intensidad de Llama En calentadores se usa la temperatura de salida del proceso para controlar la intensidad de la llama, mediante el ajuste de la presión de combustible hacia los quemadores. En calderas y generadores de vapor se usa la presión del vapor de salida para controlar la intensidad de la llama, mediante el ajuste de la presión de combustible hacia los quemadores. Este control es generalmente un control en cascada de temperatura del proceso en el caso de calentadores, o presión de vapor en el caso de calderas y generadores de vapor, que ajusta el punto de ajuste de la válvula de control de presión de combustible en el múltiple de combustible a quemadores. La válvula de control debe ser de falla cerrada, los controladores deben tener acción inversa, de manera que un incremento en el flujo de combustible debe producir una reducción de la señal a la válvula de control y un incremento en la temperatura/presión debe producir una disminución del punto de ajuste en el controlador de flujo, que a su vez disminuye la señal a la válvula para reducir el flujo de combustible, con el fin de disminuir la temperatura/presión. Si se controla flujo de combustible, se puede incluir esquema de control de “override” por alta/baja presión de combustible al lazo de control de flujo.

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Para evitar salto de la transición entre controladores, el controlador no seleccionado debe tener función de “anti–reset” o “anti–windup” y seguimiento de salida (output tracking). La opción de controlar por presión permite incluir la configuración de límite tanto de baja como de alta presión. Esta limitación de la presión del combustible hacia los quemadores no solamente provee la protección contra riesgo, sino también minimiza los paros por alta o baja presión de combustible, además de proveer una operación más estable cuando ocurre cambio en la carga. Si la válvula de control tiene rangoabilidad para permitir el encendido del primer quemador en condición de llama mínima, las consideraciones para mantener la presión de llama mínima pueden incluir: – Un límite de baja presión en el punto de ajuste del controlador de presión de combustible. – Un límite de flujo mínimo configurado en el posicionador inteligente de la válvula de control de combustible. – Un tope mecánico de flujo mínimo en la válvula de control de combustible. Si la válvula no tiene suficiente rangoabilidad para permitir el encendido del primer quemador en condición de llama mínima, las consideraciones alternas para mantener la presión de llama mínima puede incluir el uso de un orificio de restricción o un regulador de presión para llama mínima, paralelo a la válvula de control y dimensionado de forma tal que, permita encender los primeros quemadores hasta estar dentro del rango de operación de la válvula de control. En el caso de los calentadores es necesario incorporar compensación dinámica en ambos lazos de control. El flujo de producto de entrada tiene un efecto rápido en la temperatura de salida debido a que el cambio de flujo se refleja casi instantáneamente a través del calentador, mientras que la temperatura de entrada tiene un efecto lento en la temperatura de salida debido al retardo en transportación entre la entrada y salida del calentador. El flujo de combustible, que es la variable manipulada, afecta la temperatura de salida en forma más rápida que la temperatura de entrada, pero en forma más lenta que el flujo de producto en la entrada. Esto requiere el uso de dos compensadores diferentes en la forma de unidad de adelanto–retardo (lead–lag), uno para cada perturbación. Para el flujo de producto de entrada el adelanto debe ser mayor que el retardo, para adelantar la acción correctiva en el flujo de combustible para compensar el efecto rápido del flujo de proceso en la entrada. Debido a que el adelanto tiende a amplificar el ruido y el flujo es una medida ruidosa, el retardo no debe ser menor de 1/3 del adelanto.

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Para la temperatura de entrada se requiere sólo un retardo, (adelanto = 0), para retardar la acción correctiva en el flujo de combustible para compensar el efecto lento de la temperatura de entrada. Ver Figura 14. Fig 14. CONTROL DE INTENSIDAD DE LLAMA EN CALENTADORES –

+

L/L

TC SP

L/L

TT

RC

FT

Fluido de proceso

TT FCV FC FT TT TC RC L/L

Válvula control flujo combustible Controlador flujo Trasmisor flujo Trasmisor temperatura Controlador temperatura Control relación Lead–Lag

FC

FT

Sumador

Combustible FCV

b.

Relación Aire de Combustión/Combustible El control deficiente de la relación aire de combustión/combustible puede provocar inestabilidad de la llama, combustión fuera del hogar e incluso explosión. Para garantizar la combustión de todo el combustible se debe garantizar la existencia de un exceso de aire de combustión. La cantidad de aire en exceso varía entre 5 a 20% dependiendo del tipo de combustible. Un exceso grande de aire no es conveniente porque implica un consumo adicional de combustible debido a la necesidad de calentar un volumen adicional de aire que termina escapándose por la chimenea. La norma API 556, provee recomendaciones y requerimientos operacionales del control de relación aire de combustión/combustible.

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Para unidad de fuego de tiro forzado, inducido o balanceado se recomienda la técnica de control de límite (cross–limiting), en el cuál se controla el flujo de combustible en forma paralela al flujo de aire, con las señales de control interconectadas a través de selectores para mantener un exceso de aire en todo el rango de operación de la unidad de fuego. La acción combinada de los selectores hace que el incremento del flujo de combustible se efectúe después del incremento del flujo de aire durante los incrementos de carga y la disminución del flujo de combustible se realiza antes de la disminución del flujo de aire durante las disminuciones de la carga. Ver Figura 15

Flujo

Fig 15. CONTROL RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE CON CROSS LIMITING

Aire Combustible

Demanda

Tiempo

En unidades de tiro inducido o balanceado el flujo de aire también se puede controlar ajustando la compuerta del ventilador de tiro inducido o la velocidad de dicho ventilador (referencia norma API 556, sección Control Tiro del Hogar). La técnica de control de límite (cross–limiting) tiene la siguiente configuración (referencia de la norma API 556). Ver Figura 16.

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Fig 16. CONTROL RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE CON CROSS LIMITING Salida del calentador o caldera PT/TT

Compuerta

* X

PIC/ TIC

FIC

**

PV

*

>

SP

HIC relación aire/comb

<



X

***

TT

SP PW

FIC FT

>

PIC

***

Aire de Combustión

FT PT Combustible PCV

* **

PT y PIC si es caldera Para unidades de tiro inducido o balanceado, también se puede controlar la compuerta del ventilador de tiro inducido o la velocidad de dicho ventilador

***

Medición puede ser de flujo másico o volumétrico compensado por temperatura y presión (de ser necesario)

En unidades de fuego de gran capacidad (mayor de 500 KW) en lugar de fijar manualmente la relación de aire/combustible, se obtiene mejor costo beneficio ajustar en forma automática la relación aire/combustible basado en el contenido de oxígeno en los gases de combustión. Ver Figura 17.

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Fig 17. CONTROL RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE CON AJUSTE AUTOMÁTICO BASADO EN CONTENIDO DE OXÍGENO EN LOS GASES DE COMBUSTIÓN gases de combustión

ÄÄ ÄÄ

Combustible

AT

Aire O2

FT PVraw

FT

AC O2

CO O2 + PVa PV raw

X RY

PVf COf

PVa

FC fuel SPf

FC air

COa

f(x)

SPa < LS

> HS señal de requerimiento

Para unidad de fuego de tiro natural aplica la siguiente configuración (Control relación aire/combustible de la norma API 556). Ver Figura 18.

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Fig 18. CONTROL RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UNIDADES DE TIRO NATURAL

Salida del calibrador o caldera

PT/TT * PC/ TIC * *

PT y PIC si es caldera TT yTIC si es calentador

**

El medidor de flujo puede ser másico o olumétrico con compensación de temperatura y presión

SP PV

FIC

>

PIC

** PT

FT

Combustible PVC

c.

Tiro del Hogar de la Unidad de Fuego En unidades de fuego de tiro natural o tiro forzado el tiro se debe controlar manipulando la posición de la compuerta de la chimenea, en algunos casos en lugar de la compuerta de chimenea se ajusta la compuerta de admisión de aire la unidad. En unidades de fuego de tiro inducido o balanceado, el tiro se puede controlar controlando la velocidad del ventilador de tiro inducido o la posición de la rejilla del ventilador de tiro inducido. (Norma API 556).

d.

Presión Hogar Para esta medición se debe instalar un sensor de presión en cada celda de la unidad de fuego.

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e.

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Presión Ventilador Tiro Inducido o Forzado (En Equipos de Fuego de Tiro Inducido/Forzado) Para esta medición se debe instalar un sensor de presión diferencial entre la succión y descarga del ventilador.

f.

Nivel en Domo de Vapor de Calderas y Generadores de Vapor En el pasado las calderas y generadores de vapor operaban a una presión más baja, por lo que a costo relativamente más bajo el domo de vapor de la caldera se podía construir de gran tamaño. En un domo de vapor grande la variación de nivel es más lento, por lo que un lazo re–alimentado en respuesta a la variación de nivel era una estrategia efectiva de control. Actualmente la presión de operación en las calderas ha incrementado, por lo que el costo de construcción de un domo de vapor grande es muy elevado, forzando al uso de domo de vapor de menor tamaño, para una capacidad de producción de vapor específica. La consecuencia de un domo de vapor de menor dimensión es la reducción de la constante de tiempo tanto en el control de nivel en el domo de vapor como de la presión de vapor, por lo que se requiere mejor tiempo de respuesta para corregir las desviaciones, dando lugar a la necesidad de esquemas de control más complejo. El sistema de control de agua de alimentación debe satisfacer los requerimientos mínimos de diseño de la sección 4 de la norma ANSI/ISA 77.42.01.

g.

Estrategia de Control de 3 Elementos El término 3 elementos se refiere al número de variables de proceso que son medidos para realizar el control del nivel de agua en el domo de vapor. Estas variables son: – Nivel de agua en el domo de vapor de la caldera. – Flujo de agua de alimentación al domo de vapor de la caldera. – Flujo másico de vapor saliendo del domo de vapor de la caldera. Ver Figura 19.

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Fig 19. ESTRATEGIA DE CONTROL NIVEL AGUA DE 3 ELEMENTOS, EN DOMO DE VAPOR DE CALDERAS

Flujo de agua

FD

Demanda estimada de agua basado en el flujo de vapor Elemento alimentación anticipada

LY

* FT

Fsetpoint

Vapor

LC Demanda de vapor es variable (perturbación)

Lsetpoint FT

LT

FC

Suministro de agua

Vapor Agua

Presión agua suministro es variable (perturbación) FT FC LC

Trasmisor flujo Controlador flujo Controlador nivel

FD

Diferencia de flujo

LY

Sumador

Domo de vapor de la caldera * Se requiere el flujo másico. Si se mide flujo volumétrico, éste se debe compensar por presión y temperatura

El nivel en el domo de vapor de la caldera tiene la mayor prioridad, éste debe ser controlado dentro del rango operacional de diseño, a fin de garantizar el nivel adecuado de agua en el domo para producir el vapor de acuerdo a los requerimientos operativos, evitar el arrastre del agua hacia la línea de vapor, pero al mismo tiempo que el nivel sea muy bajo para prevenir daños a las tuberías. Si el suministro de agua proviene de diferentes fuentes y a través de bombas en paralelo, la presión del agua de suministro puede variar, por lo que se recomienda que el lazo de control de nivel en el domo de vapor se realice mediante una cascada con un controlador de flujo, como esclavo, para controlar el flujo de alimentación al domo de vapor. El tercer elemento en la configuración del control de 3 elementos, es el flujo de vapor de salida. La variación en la demanda de vapor es la perturbación más común al sistema de control de nivel del domo de vapor.

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La magnitud en el cambio de la demanda de vapor se usa como una señal de alimentación anticipada en el sistema de control de nivel. La señal de alimentación anticipada se puede incluir en la salida del controlador de nivel para ajustar el punto de ajuste del controlador de flujo, o puede ser incluido en la salida del lazo de control de flujo para manipular directamente la válvula de control de alimentación del domo de vapor. La mayoría de los casos se usa la primera opción, para eliminar la necesidad de caracterizar la señal de alimentación anticipada con la característica de flujo de la válvula de control. Una mejora al esquema de control de nivel es no usar directamente la señal de flujo de vapor, sino que se calcula la diferencia entre el flujo de vapor de salida y el flujo de entrada de agua, y el valor de la diferencia es usada como señal para ajustar el punto de ajuste del controlador de flujo de alimentación. De esta manera si ocurriera un incremento brusco en la demanda vapor, por ejemplo por el arranque de un equipo en la planta, el punto de ajuste del controlador de flujo se incrementa en la misma proporción del incremento del flujo de vapor. Con este esquema, si los dos medidores de flujo tienen la misma precisión, el cambio de flujo producido por el lazo de control de flujo proveerá suficiente agua para mantener el nivel sin producir desviación significante en el lazo de control de nivel. De manera similar, si ocurriera una disminución brusca de la demanda de vapor, causado por ejemplo por la parada de un equipo en la planta, producirá una disminución del flujo de agua de alimentación, que se ajusta a la caída de flujo de vapor, sin producir perturbación significante en el control de nivel del domo de vapor. En los casos en que la medición del flujo de vapor se haga con elemento primario de tipo presión diferencial, debido a la no linealidad de la medición en el rango de bajo flujo puede presentarse problema a baja carga (menor de 20%), por ejemplo en situación de arranque de la caldera. Una solución para este problema es la conmutación al modo de control de un solo elemento, Figura 20, es decir el control del nivel del domo de vapor manipulando directamente la válvula de control de agua de alimentación, eliminando la cascada de flujo de agua de alimentación y la pre–alimentación del flujo de vapor.

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Fig 20. ESTRATEGIA DE CONTROL NIVEL AGUA EN DOMO DE VAPOR DE CALDERAS EN MODO DE 1 ELEMENTO

Flujo de agua

FD

Demanda estimada de agua basado en el flujo de vapor Elemento alimentación anticipada

LY

* FT

Fsetpoint

Vapor

LC Demanda de vapor es variable (perturbación)

Lsetpoint FT

LT

FC

Suministro de agua

Vapor Agua

Presión agua suministro es variable (perturbación) FT = FC = LC =

Trasmisor flujo Controlador flujo Controlador nivel

FD =

Diferencia de flujo

LY =

Sumador

Domo de vapor de la caldera * Se requiere el flujo másico. Si se mide flujo volumétrico, éste se debe compensar por presión y temperatura

NOTA: Las “X” en color rojo indican los elementos que deben ser deshabilitados temporalmente durante el arranque de la caldera

Se debe tomar en consideración de que la conmutación al modo de operación a un elemento (control de nivel) implica el uso de de parámetros de configuración diferente en el controlador de nivel, al usado en la configuración de 3 elementos, por lo cual cuando sea requerido, se debe usar dos controladores de nivel, uno para cada modo de operación. Las pérdidas no reflejadas en la medición de vapor, tales como venteo de vapor en la caldera antes del medidor de flujo de vapor, y las condiciones operacionales de la caldera que afecten el volumen total de agua en la caldera no pueden ser corregidas con la estrategia de control con alimentación anticipada. En estos casos el controlador de nivel del domo de vapor deberá corregir estas perturbaciones usando su algoritmo normal de control re–alimentado.

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h.

i.

j.

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Carga en Cada Pase del Calentador Se debe realizar control de flujo de carga en cada pase del calentador en los siguientes casos: – El control de flujo individual en cada pase es usado cuando la configuración simétrica de tubería no es suficiente para distribuir en forma pareja el flujo en los pases del calentador. Es usado cuando es factible la vaporización o coquificación en los pases. – No se puede medir en forma confiable el flujo bifásico, por lo que los flujos de las fases de vapor y líquido debe ser controlado en forma individual en cada pase. Medición de Oxígeno La medición de concentración de oxígeno es usada para mejorar la eficiencia de la unidad de fuego y mantener una operación segura. Se debe instalar un analizador de oxígeno en cada celda, hogar o zona de combustión de cada unidad de fuego. Si la celda, hogar o zona de combustión es muy grande se debe instalar un analizador de oxígeno por cada 30 pies (10 m) de longitud del hogar. La medición se debe realizar lo más cerca posible del punto en donde se completa la combustión, normalmente en la salida de la sección radiante pero antes de la transición a la zona de convección para evitar las trampas de aire. Para minimizar el impacto por la entrada de aire, en lo posible la medición de concentración de oxígeno en la chimenea se debe evitar. La medición de oxígeno para propósito de control de combustión se debe realizar en la zona del bridgewall. Los analizadores de oxígeno con sensor calentado ZrO2 son fuentes potenciales de ignición durante el ciclo de purga. Una opción de mitigación es un enclavamiento para desconectar la alimentación eléctrica al analizador de oxígeno durante la realización de la purga. Para mayores detalles consultar la norma API 556. Medición de concentración de Combustible Es una medición opcional para determinar la cantidad de combustible en los gases de combustión. De usarse, se debe instalar un analizador de combustible por cada celda de la unidad de fuego. En celdas muy grandes, se recomienda instalar un analizador cada 30 pies (10 m) de longitud del hogar. La medición de combustible se debe hacer lo más cerca posible del punto en donde la combustión debería ser completada, normalmente en el bridgewall. No se debe medir en la chimenea.

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Los analizadores de combustible con sensor catalítico son fuentes potenciales de ignición durante el ciclo de purga. Una opción de mitigación es un enclavamiento para desconectar la alimentación eléctrica al analizador de combustible durante la realización de la purga. Para mayores detalles consultar la norma API 556. k.

Medición de concentración de Monóxido de Carbono (CO) Cuando se controla la relación aire/combustible de una unidad de fuego cerca del punto umbral de CO, se recomienda usar un sensor basado en infrarrojo o laser. Para control de proceso, se recomienda usar sensor basado en infrarrojo o laser con tiempo de respuesta  5 segundos. Para minimizar el tiempo de retardo y evitar las complicaciones asociadas con la pos combustion (afterburning), la medición de CO se debe hacer tan cerca como sea posible del punto en donde la combustión debería ser completada, encima de la sección radiante. Para mayores detalles consultar la norma API 556. Para los analizadores ubicados en la zona del “bridgewall”, las probetas pueden penetrar en el hogar 24 pulgadas (600 mm) o más, medido desde la pared interna.

l.

Alarmas Se debe proveer las siguientes alarmas con el fin de alertar al operador de la existencia de condiciones en el proceso que se aproximan a los límites operacionales que pueden provocar el apagado de los quemadores y una rápida acumulación de combustible en el hogar: – – – – – – – – – – – – – –

Alta temperatura zona radiante Alta temperatura salida del calentador Alta temperatura en pase “n” del calentador Baja temperatura de salida del calentador Alta presión salida calentador de vaporización Alta presión de vapor salida de caldera y generador de vapor Baja presión de vapor de salida de caldera o generador de vapor Baja presión en pase “n” de calentador Bajo flujo en pase “n” de calentador Bajo flujo total de fluido de proceso en calentador Bajo nivel de agua en tambor de caldera o generador de vapor Bajo tiro (alta presión en el hogar) Baja temperatura en el hogar Alta temperatura piel de tubo “n” en calentador

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– Alto nivel de liquido en depurador de gas combustible – Baja concentración de oxigeno. m.

Protecciones Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de control de combustión: Bajo flujo total de fluido de proceso en calentador – Se debe activar paro de la unidad de fuego u operación en llama mínima Bajo flujo en pase ”n” de calentador – Se debe activar paro de la unidad de fuego u operación en llama mínima Alta temperatura salida calentador – Se debe activar operación en llama mínima Alta temperatura pase ”n” de calentador – Se debe activar operación en llama mínima Bajo tiro (alta presión en hogar) – Se debe activar paro de la unidad de fuego Falla apertura compuerta de chimenea – Se debe activar paro de la unidad de fuego Alto nivel condensado en depurador de gas combustible – Se debe activar paro de la unidad de fuego Alta temperatura piel tubo ”n” de calentador – No se recomienda acción de protección

12 SISTEMA DE MANEJO GASES DE COMBUSTIÓN Las variables operacionales de la unidad de fuego y del proceso que el sistema de extracción de gases de combustión debe monitorear son:

12.1

Temperatura de Chimenea La medición se debe realizar cerca de la salida de la chimenea, de manera que las pérdidas externas no reduzcan la temperatura de los gases de combustión, lo suficientemente alejado de la entrada de la chimenea y aguas arriba de la compuerta (en los casos que aplique), en donde se produce la mezcla de los gases (normalmente 2 diámetros de la entrada de la chimenea). El termopozo se debe soportar apropiadamente para minimizar su daño por las vibraciones provocadas por el flujo de los gases de combustión.

12.2

Análisis Gases de Combustión Para los analizadores en la chimenea, la entrada indeseable de aire (trampa de aire) hacia el equipo aguas arriba del punto de muestra, afectará la concentración de la muestra de gas que se analiza.

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Los puntos de muestras se deben ubicar de forma tal que minimice la ocurrencia de este efecto. Los requerimientos regulatorio de control ambiental normalmente especifica el uso de Sistema Continuo de Monitoreo de Emisiones (SCME) (en inglés Continuous Emissions Monitoring Systems (CEMS)) para la medición de muestras de emisiones de la chimenea en base seca con corrección de diluyente. La ubicación de las tomas de muestreo en la chimenea también están definidas por las regulaciones de control ambiental. Se deben instalar analizadores en la chimenea para determinar la concentración los siguientes gases: O2, SOx, CO y NOx. Se debe instalar analizador de opacidad de los gases en la chimenea. El límite permitido de opacidad por las leyes venezolanas es de 1 Ringelmann. Permitiendo un tiempo acumulado fuera de especificación no mayor de 3 minutos/hora y tiempo acumulado anual no mayor del 2% del tiempo total de operación de la unidad de fuego. Se deben instalar equipos de medición y registro de la calidad del aire, en locaciones predeterminadas con el Ministerio del Ambiente, tanto dentro como fuera de los límites de batería de la planta. La cantidad, contaminante a detectar y tipo de muestreo a usar (continuo o muestras en el tiempo) deben estar basados en un modelo resultante de un estudio de dispersión. Las mediciones SCME típicamente se realizan usando un sistema de extracción y acondicionamiento de muestras y con analizadores independientes de los analizadores para control de proceso. Estas mediciones pueden incluir combinaciones de NOx, SOx, CO y el oxígeno y/o CO2 diluyentes. Típicamente cada equipo de fuego debe tener su propio SCME y no se permite el uso compartido de SCME entre dos o más equipos de fuego. Ver la norma API 556.

12.3

Oxígeno La medición de concentración de oxígeno en la chimenea es con el propósito de cumplir con las leyes ambientales. Se debe instalar un analizador de oxígeno en la chimenea de cada unidad de fuego. Los analizadores de oxígeno con sensor calentado ZrO2 son fuentes potenciales de ignición durante el ciclo de purga. Una opción de mitigación es un enclavamiento para desconectar la alimentación eléctrica al analizador de oxígeno durante la realización de la purga. Para mayores detalles consultar la norma API 556.

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12.4

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Combustible Es una medición para determinar la cantidad de combustible en los gases de combustión con el propósito de cumplir con las leyes ambientales. Los analizadores de combustible con sensor catalítico son fuentes potenciales de ignición durante el ciclo de purga. Una opción de mitigación es un enclavamiento para desconectar la alimentación eléctrica al analizador de combustible durante la realización de la purga. Para mayores detalles consultar la norma API 556.

12.5

Monóxido de Carbono (CO) Es una medición para determinar la cantidad de Monóxido de Carbono en los gases de combustión con el propósito de cumplir con las leyes ambientales Para mayores detalles consultar la norma API 556.

12.6

Óxidos de Azufre (SOx) La medición de óxidos de Azufre, especificamente dióxido de Azufre, es para propósito de cumplir con leyes ambientales, en donde sea requerido. Para mayores detalles consultar la norma API 556.

12.7

Óxido de Nitrógeno (NOx) La medición de oxido de nitrógeno es para propósito de cumplir con leyes ambientales, en donde sea requerido. Para mayores detalles consultar la norma API 556.

12.8

Alarmas En el sistema de manejo de gases de combustión se recomienda las siguientes alarmas:

12.9

a.

Alta temperatura chimenea (obligatorio)

b.

Bloqueo encendido por compuerta chimenea cerrada (obligatorio)

c.

Baja concentración de oxígeno (SCME)

d.

Alta concentración de CO (SCME)

e.

Alta concentración de combustible (SCME)

f.

Alta concentración de SOx (SCME)

g.

Alta concentracion de NOx (SCME)

h.

Alta opacidad de gases de combustión (SCME)

Proteccion Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de extracción de gases de combustión

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Baja concentración de oxígeno  Se recomienda activar operación en llama mínima Alta temperatura chimenea  Se recomienda activar operación en llama mínima. Compuerta chimenea cerrada  Se debe bloquear el Bloqueo encendido de la unidad  Si la unidad está en operación se debe parar la unidad.

13 SISTEMA DE PROTECCIÓN (SIS) Todo equipo debe ser suministrado con un sistema instrumentado de seguridad para realizar la lógica de paro para la protección de la unidad. Aplica la norma API 556. Las señales de iniciación de parada de la unidad pueden provenir de:  Sistema de encendido (BMS)  Sistema de combustión y proceso (BPCS)  Estación manual  Sensores del SIS Las protecciones que se deben considerar se indican en cada uno de los sistemas mencionados en las secciones 7 a 16 de este documento. A continuación se listan dichas protecciones

13.1

Del Sistema Suministro de Combustible (Sección 7 de esta Norma Técnica)

13.1.1

Baja–Baja Presión Combustible a Quemadores

a.

Se debe activar paro de la unidad de fuego (si ocurre durante proceso encendido de la unidad)

b.

Apagar quemadores (si ocurre durante operación normal del quemador)

13.1.2

Alta–Alta Presión Combustible a Quemadores

a.

Se debe activar paro de la unidad de fuego (si ocurre durante proceso encendido de la unidad)

b.

Apagar quemadores (si ocurre durante operación normal del quemador)

13.1.3 a.

Baja–Baja Presión Combustible a Pilotos Se debe activar paro de la unidad de fuego (si ocurre durante proceso encendido de la unidad)

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b. 13.1.4

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Apagar pilotos (si ocurre durante operación normal de piloto continuo) Alta–Alta Presión Combustible a Pilotos

a.

Se debe activar paro de la unidad de fuego (durante proceso encendido de la unidad)

b.

Apagar pilotos (durante operación normal de piloto continuo).

13.1.5

Baja–Baja Presión Medio de Atomización a Pilotos

a.

Se debe activar paro de la unidad de fuego (si ocurre durante proceso encendido de la unidad)

b.

Apagar pilotos (si ocurre durante operación normal de piloto).

13.1.6

Baja–Baja Presión Medio de Atomización a Quemadores

a.

Se debe activar paro de la unidad de fuego (si ocurre durante proceso encendido de la unidad).

b.

quemadores a llama mínima (si ocurre durante operación normal).

13.2

Del Sistema Suministro de Aire de Combustión (Sección 8 de esta Norma Técnica)

13.2.1 a.

13.2.2

a. 13.2.3 a.

Bajo–Bajo Flujo de Aire de Combustión Causado por Falla de Ventilador o Cierre No Deseado de Compuerta de Chimenea / Succión Se debe implantar una de las siguientes acciones: 1.

Paro automático de la unidad de fuego

2.

Apertura del “dropout door” en ducto de aire de combustión en lapso de 5 a 10 segundos y operación de la unidad a condición de llama mínima. (En unidad con pre calentador, se debe inducir el flujo por el baipass del pre calentador (parar el ventilador de tiro inducido y abrir compuerta de chimenea). Si después de 5 – 10 segundos aún persiste la condición de bajo flujo de aire de combustión, se debe activar automáticamente el paro de la unidad de fuego para evitar su daño.

Falla Apertura, en Lapso de 5 a 10 Segundos, del “Dropout Door” en Ductos de Aire de Combustión después de Ocurrir Falla del Ventilador de Tiro Forzado o Bajo Flujo de Aire De Combustión Se debe activar automáticamente el paro de la unidad de fuego. Alto–Alto/Bajo–Bajo Tiro (Baja–Baja/Alta–Alta Presión en Hogar) Se debe activar automáticamente el paro de la unidad

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13.3

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Del Sistema de Pilotos y Quemadores (Sección 9 de esta Norma Técnica)

13.3.1 a.

Pérdida de Llama de Múltiples Quemadores, de Acuerdo a pAtrón Predefinido Se debe activar automáticamente el paro de la unidad de fuego. Nota: El número de quemadores afectado para iniciar el paro de la unidad, depende de muchos factores, tales como arreglo de los quemadores, capacidad, entre otros. La cantidad de quemadores apagados para iniciar el paro de la unidad debe ser definida en conjunto con los especialistas de procesos y/o fabricante de la unidad.

13.4

Del Sistema de Control de Encendido (BMS) (Sección 10 de esta Norma Técnica)

13.4.1 a.

13.5

Mal Funcionamiento del BMS Se debe activar paro de la unidad de fuego

Del Sistema de Control de Combustión (Sección 11 de esta Norma Técnica)

13.5.1

Bajo–Bajo Flujo Total de Fluido de Proceso en Calentador

a.

Operación en llama mínima (en unidades con piloto continuo) y operador debe investigar causa y tomar decisión de acciones a seguir.

b.

En unidades de piloto interrumpido, se debe parar automáticamente la unidad.

13.5.2

Bajo–Bajo Flujo en Pase “n” de Calentador

a.

Operación en llama mínima (en unidades con piloto continuo) y operador debe investigar causa y tomar decisión de acciones a seguir.

b.

En unidades de piloto interrumpido, se debe parar automáticamente la unidad.

13.5.3

Alta–Alta Temperatura Salida Calentador

a.

Se debe activar operación en llama mínima

13.5.4 a. 13.5.5 a. 13.5.6 a.

Alta–Alta Temperatura Pase “n” de Calentador Se debe activar operación en llama mínima Bajo–Bajo Tiro (Alta–Alta Presión en Hogar) Se debe activar paro de la unidad de fuego Falla Apertura Compuerta de Chimenea en Proceso Encendido Se debe activar paro de la unidad de fuego

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13.5.7 a. 13.5.8 a. 13.5.9 a. 13.5.10 a. 13.5.11 a. 13.5.12 a.

13.6

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Cierre No Esperado de Compuerta de Chimenea Se debe activar paro de la unidad de fuego Alto–Alto Nivel Condensado en Depurador de Gas Combustible Dedicado a la Unidad Se debe activar paro de la unidad de fuego Alta–Alta Temperatura Piel Tubo “n” de Calentador No se recomienda acción de protección automática. Cualquier otra acción a seguir debe ser concertada con el custodio o responsable de la operación de la unidad. Bajo–Bajo Nivel de Agua en Domo de Vapor Se debe activar paro de la unidad de fuego Alta–Alta Presión de Vapor Se debe activar paro de la unidad de fuego Alto–Alto Nivel de Agua en Domo de Vapor No se recomienda acción de protección automática. Sólo activación de alarma y acciones correctivas por parte del operador.

Del Sistema de Manejo de Gases de Combustión (Sección 12 de esta Norma Técnica)

13.6.1 a. 13.6.2 a.

Baja–Baja Concentración de Oxígeno Se recomienda activar operación en llama mínima Alta–Alta Temperatura Chimenea Se recomienda activar operación en llama mínima. Cualquier otra acción a seguir debe ser concertada con el custodio o responsable de la operación de la unidad.

13.6.3

Compuerta Chimenea Cerrada

a.

Bloqueo encendido de la unidad

13.7

Del Sistema de Protección (Sección 13 de esta Norma Técnica)

13.7.1 a. 13.7.2 a.

13.8

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Mal Funcionamiento del Sistema de Protección Se debe activar paro de la unidad de fuego Paro Manual (Emergency Shutdown) Se debe activar paro de la unidad de fuego

Del Sistema de Aislamiento y Despresurización (Sección 14 de esta Norma Técnica) Ver detalles en el sección 12 de esta Norma Técnica.

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13.9

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Del Sistema de Alimentación Eléctrica a las Unidades Sin Respaldo de Equipos Impulsados a Vapor (Sección 15 de esta Norma Técnica)

13.9.1 a. 13.9.2 a.

Pérdida Alimentación AC que Impacta Operación de Equipos de la Unidad de Fuego Se debe activar paro de la unidad de fuego Pérdida Alimentación DC que Impacta Operación de eQuipos de la Unidad de Fuego Se debe activar paro de la unidad de fuego

13.10 Del Sistema de Aire de Instrumentos (Sección 16 de esta Norma Técnica) 13.10.1 a.

13.11

Baja–Baja Presión de Aire de Instrumentos Se debe activar paro de la unidad de fuego

Alarmas Se recomienda proveer las siguientes alarmas con el fin de alertar al operador de existencia de desviación en el sistema de protección  Diagnóstico mal funcionamiento del sistema de protección

13.12 Protección Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de protección

13.13 Mal Funcionamiento del Sistema de Protección Se debe activar paro de la unidad de fuego

13.14 Paro normal de la unidad Es el paro programado de la unidad iniciada por el operador. Este paro se hace siguiendo un procedimiento pre–establecido. En este tipo de paro se pudiera dejar operando o activo algunas funciones de la unidad.

13.15 Paro de Emergencia (Emergency Shutdown) Es un paro no programado y fortuito de la unidad debido a la existencia de una condición de riesgo. Toda unidad de fuego debe tener un paro manual de emergencia para iniciar el corte de todas las fuentes de suministro de combustible y fluido peligroso hacia la unidad. La secuencia de acciones de un paro manual de emergencia es la misma que debe tener el paro automático por desviación operacional.

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En unidades de tiro natural, el paro manual de emergencia además de aislar todas las fuentes de combustibles y fluidos peligrosos, mantiene en la última posición la compuerta de la chimenea. En unidades de tiro forzado, además de aislar todas las fuentes de combustibles y fluidos peligrosos, el sistema de aire de combustión debe: Opción 1: Parar el ventilador de tiro forzado y abrir “dropout door”. En unidades de tiro forzado, mantener la compuerta de la chimenea en la última posición. En unidades de tiro balanceado, parar el ventilador de tiro inducido y abrir la compuerta de la chimenea a una posición predeterminada. Opción 2: Reducir el aire de combustión a condición de flujo mínimo. En unidades de tiro forzado, mantener la compuerta de la chimenea en la última posición. En unidades de tiro balanceado, abrir los desvíos (baipás) de aire de combustión alrededor del pre–calentador de aire. En unidades de tiro balanceado, parar el ventilador de tiro inducido y abrir la compuerta de la chimenea a una posición predeterminada. Para facilitar la respuesta a rotura de tubo, se aísla todas las fuentes de combustible y fluidos peligrosos, parar el ventilador de tiro forzado, mantener las “dropout doors” cerradas e iniciar el sofocamiento con vapor. Estas acciones no son prescriptivas, sin embargo el objetivo es minimizar el riesgo y puede ser, en algunos escenarios, mejor manejado al dejar arder el fuego en la ruptura de la tubería. Para unidades de tiro forzado, mantener la compuerta de la chimenea en la última posición. En unidades de fuego de tiro balanceado, parar el ventilador de tiro inducido y abrir la compuerta de la chimenea a una posición predeterminada.

13.16 Consideraciones Adicionales 13.16.1

La mayoría de los paros manuales están cableados para interrumpir la energía a los dispositivos de campo. Algunos controladores de seguridad certificados permite el uso de pulsadores manuales de paro de emergencia cableado directamente a la entrada del controlador de seguridad, y el controlador de seguridad interrumpe la energía a los dispositivos de campo. Consultar el manual de seguridad del equipo.

13.16.2

Cuando la lógica de protección está integrado al Controlador de seguridad, no existe la configuración ni programación en la lógica, la posibilidad de prevenir la ocurrencia del paro de emergencia, independientemente del estado de la lógica, estado de alarmas, mediciones de proceso, entre otros.

13.16.3

El paro manual de emergencia debe usar lógica de enclavamiento o retención. El uso de interruptor tipo halar para activar es una opción a considerar para minimizar iniciación accidental del paro. El criterio de halar o pulsar para activar debe ser definido y aplicado uniformemente en toda la planta, y el tipo de acción requerido debe estar claramente indicado y visible al operador mediante una etiqueta.

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13.16.4

Los paros manuales de emergencia deben estar claramente designados e identificados.

13.16.5

Se recomienda un paro de emergencia local. Este paro de emergencia debe estar ubicado dentro de una distancia visible desde la unidad de fuego, y que permita un acceso y salida segura durante una situación de emergencia. Típicamente está ubicado en el panel local de la unidad.

13.16.6

Cuando en el panel local de la unidad de fuego no es posible el acceso y salida segura en una situación de emergencia, o cuando el calor radiante de un incendio en la unidad de fuego puede impedir el acceso, se recomienda tener una segunda estación secundaria de paro de emergencia fuera de la zona de 50 pies (16 m). Una consideración de diseño es la instalación de válvula manual de corte y cierre hermético de cuarto de vuelta fuera de los límites de batería [> 50 pies (> 16 m)] claramente marcado para aislamiento de emergencia o lo indicado en la sección 12 de este documento.

13.16.7

Se recomienda un mínimo de dos ubicaciones de interruptor de paro de emergencia. Por lo que si no hay un paro manual de emergencia fuera de la zona de 50 pies (16 m), entonces una estación remota se debe ubicar en un sitio continuamente atendido por operador, tal como la sala central de control.

14 SISTEMA DE AISLAMIENTO Y DESPRESURIZACIÓN El equipo debe estar provisto con una válvula de aislamiento del proceso. Si la válvula se ubica a menos de 15 metros del equipo, entonces la válvula debe tener la capacidad de ser operada en forma remota y con facilidad para su operación local. La válvula automatizada debe ser tipo C de acuerdo a la norma técnica PDVSA IR–P–01. El cierre automático de la válvula de aislamiento también debe iniciar el cierre de la válvula de control de presión del sistema de suministro de combustible. En los casos de equipos con múltiple pases con presión de operación mayor de 203 psi, cada pase debe estar provisto con válvula de aislamiento tipo B si es de operación manual o D si es de operación automático. Si la presión en los pases es mayor de 1015 psi, la válvula de aislamiento en cada pase debe ser tipo D, de operación automática. Si el equipo opera a una presión mayor de 254 psi, se debe realizar evaluación de riesgo para determinar si el equipo requiere válvula de despresurización y desinventariado Para otros requerimientos y mayores detalles sobre este tópico ver la norma técnica PDVSA IR–P–01.

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15 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA El diseño del sistema eléctrico debe cumplir con la norma Covenin 200, así mismo aplican los requerimientos de la norma ASME CSD–1. En el diseño del sistema eléctrico para las unidades de fuego, se debe tomar todas precauciones para asegurar la disponibilidad de alimentación eléctrica libre de fallas para todos los dispositivos de control y protección.

15.1

Alarmas Se recomienda proveer las siguientes alarmas con el fin de alertar al operador de existencia de desviación en el sistema de alimentación eléctrica  Pérdida alimentación AC  Pérdida alimentación DC  Bajo nivel de tensión baterías UPS

15.2

Protección Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de alimentación eléctrica.

15.3

Pérdida Alimentación AC Paro de la unidad ocasionado por paros de equipos de proceso alimentados con voltaje AC.

15.4

Pérdida Alimentación DC Se debe activar paro de la unidad de fuego.

16 SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTOS En el diseño del sistema de aire de instrumento para las unidades de fuego, se debe tomar todas precauciones para asegurar la disponibilidad del suministro de aire de instrumento o fuente neumática equivalente, libre de fallas para todos los dispositivos de control y protección.

16.1

Alarmas Se recomienda proveer las siguientes alarmas con el fin de alertar al operador de existencia de desviación en el sistema de aire de instrumentos.  Baja presión aire de instrumentos

16.2

Protección Se deben implantar las siguientes funciones de protección asociadas al sistema de aire de instrumentos

16.2.1

Baja Presión de Aire de Instrumentos  Se debe activar paro de la unidad de fuego

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17 PANEL LOCAL CON INTERFASE DE CONTROL Cada unidad de fuego debe tener un panel local desde donde se debe realizar el encendido de los pilotos y quemadores. El panel local debe ubicarse de manera tal que el operador tenga acceso visual directo con la respectiva unidad de fuego. Se debe proveer cierto nivel de protección, a fin de proteger al panel y al operador contra eventualidad que pueda presentarse en la unidad de fuego. El panel debe contener toda la instrumentación necesaria para indicar el estado de operación y variables de proceso requeridos para el encendido de la unidad de fuego. Los pulsadores e indicadores del estado de encendido de cada piloto y quemador, así como de las válvulas automática de corte de combustible se deben presentar al operador en forma de gráfico o mímico interactivo, que emule la configuración y ubicación real de los pilotos, quemadores y válvulas. Adicionalmente a los pulsadores y lámparas de indicación mencionados, se puede disponer de una pantalla gráfica. El operador de campo debe tener un equipo que le permita comunicarse con la sala de control, esto puede ser con radio portátil u opcionalmente con el sistema de intercomunicación de la planta a través de un sistema de ”manos libres” a conectarse por medio de una clavija en el panel de control. El panel local debe ser tipo NEMA 12.

18 GABINETES DE EQUIPOS Los sistemas de control y protección de la unidad de fuego se instalarán en gabinetes NEMA 12, a ubicarse en sala de equipos. Como mínimo los gabinetes deben cumplir con la norma técnica PDVSA K–330.

19 SUPERVISIÓN Y OPERACIÓN REMOTA (PARA LOS CASOS QUE APLIQUEN) Las unidades de fuego serán supervisadas y operadas desde el BPCS de la planta. Con excepción del proceso de encendido de los pilotos y quemadores, todas las operaciones se realizarán desde el BPCS. En el BPCS se presentarán todas las alarmas de desviaciones, incluyendo las relacionadas con el proceso de encendido de los pilotos y quemadores. Como mínimo se debe suministrar al operador la siguiente información: – Demanda de vapor (en calderas y generadores de vapor)

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– Nivel domo (en calderas y generadores de vapor) – Presión domo (en calderas y generadores de vapor) – Temperatura agua alimentación (en calderas y generadores de vapor) – Flujo y temperatura de vapor (en calderas y generadores de vapor) – Flujo agua alimentación (en calderas y generadores de vapor) – Flujo de cada pase (en calentadores) – Temperatura salida (en calentadores) – Consumo de combustible – Presión hogar y chimenea – Contenido oxígeno gas combustión – Todas las alarmas de proceso – Estado de todos los lazos de control – Posición o estado de válvulas – Estado de bombas – Puntos de ajuste La comunicación de los equipos de la unidad de fuego con el BPCS debe ser con protocolo digital abierto, según la norma PDVSA K–362. En los casos de comunicación con sistemas externos SIS, estos se deben realizar en forma cableadas punto–punto. Para las unidades de fuego de operación local, su operación se debe realizar desde un panel local. Las funciones de encendido descritas en la sección 5 también se realizarán desde este panel. Las características funcionales y de robustez del panel local es la descrita en la sección 5, incluyendo las funciones de supervisión y control de la parte de proceso de la unidad.

20 LISTA DE ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS Esta sección resume en tablas las alarmas y acciones correctivas recomendadas u obligatorias para cada tipo de unidades de fuego. (Referencia API 556, sección 3.4.9, Tabla de condición segura.)

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TABLA 1. ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Suministro principal de combustible

L L L G G

Uso

Baja presión en múltiple suministro Alta presión en múltiple suministro Baja–baja presión en múltiple suministro Alta–alta presión en múltiple suministro Alto nivel tanque combustible Bajo nivel tanque combustible Bajo–bajo nivel tanque combustible Alto nivel depurador gas Alto–alto nivel depurador gas

Acción Generadores Hornos vapor

Acción

Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido DD: Unidad con dropout door PA: Unidad combustión

con

precalentador

MQ: Múltiples quemadores

aire

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Cabezal combustible pilotos

Cabezal combustible quemadores

Baja presión a pilotos Alta presión a pilotos Baja–baja presión a pilotos durante proceso encendido Baja–baja presión a pilotos durante operación normal de piloto contoinuo Alta–alta presión a pilotos durante proceso encendido Alta–alta presión a pilotos durante operación normal de piloto continuo. Baja presión a quemadores Alta presión a quemadores Baja–baja presión a quemadores durante proceso de encendido Baja–baja presión a quemadores durante operación normal Alta–alta presión a quemadores durante proceso de encendido Alta–alta presión a quemadores durante operación normal.

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pp

A

Pp

A

Pp

A

Pp

X

A

Pt

A

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Pt

A

Pt

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A

Pp

A

Pp

A

Pp

A

Pp

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pp

A

Pp

A

Pp

A

Pp

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pp

A

Pp

A

Pp

A

Pp

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Uso

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Indice norma

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido DD: Unidad con dropout door PA: Unidad combustión

con

precalentador

MQ: Múltiples quemadores

aire

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

L L

L

L

L Medio de atomización

L

L

L

L

Baja presión a pilotos Baja–baja presión a pilotos Baja presión diferencial respecto combustible a pilotos Baja–baja presión diferencial respecto combustible a pilotos Baja presión a quemadores Baja–baja presión a quemadores durante operación normal Baja–baja presión a quemadores durante proceso de encendido Baja presión diferencial respecto combustible a quemadores Baja–baja presión diferencial respecto combustible a quemadores

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

m

A

m

A

m

A

m

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

Uso

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido DD: Unidad con dropout door PA: Unidad con precalentador aire combustión MQ: Múltiples quemadores

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB

Aire de combustión

TF, TI, TB TF, TI, TB

TF, TI, TB

TF, TI, TB

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

Baja presión

O

A

M

A

M

A

M

A

M

Bajo flujo

X

A

M

A

M

A

M

A

M

Bajo–bajo flujo

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

O

A

M

A

M

A

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A

M

X

A

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A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

O

A

M

A

M

A

M

A

M

Falla apertura compuerta de chimenea Falla cierre compuerta de chimenea Falla calentador aire combustión Alta temperatura salida calentador aire combustión Alta–alta temperatura salida calentador aire combustión Baja temperatura salida calentador aire combustión

Uso

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido DD: Unidad con dropout door PA: Unidad con precalentador aire combustión MQ: Múltiples quemadores

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB Aire de combustión, cont.

TF, TI, TB TF, TI, TB TF, TI, TB DD DD

TI,TF

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

Baja velocidad ventilador

O

A

M

A

M

A

M

A

M

Falla ventilador

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

O

A

M

A

M

A

M

A

M

O

A

M

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M

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O

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A

M

O

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M

X

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A

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A

M

A

M

X

A

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A

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A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

m

A

m

A

m

A

m

X X X X

A A A A

M Pt M Pt

A A A A

M Pt M Pt

A A A A

M Pt M Pt

A A A A

M Pt M Pt

Alta vibración ventilador Alta corriente ventilador Alta presión diferencial en ventilador Baja presión diferencial en ventilador Alta temperatura succión ventilador Alta–alta temperatura succión ventilador Compuerta ventilador cerrado Falla apertura dropout door Dropout door abierto Alto tiro Alto–alto tiro Bajo tiro Bajo–bajo tiro

Uso

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido DD: Unidad con dropout door PA: Unidad con precalentador aire combustión MQ: Múltiples quemadores

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Pilotos y quemadores

MQ

Piloto “n” encendido Piloto “n” apagado Quemador “n” encendido Quemador “n” apagado Purga completada Compuerta chimenea cerrada Listo para encendido Ciclo encendido pilotos completado Ciclo encendido quemadores completado Pérdida múltiples quemadores Mal funcionamiento BMS

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

I

M

I

M

I

M

I

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

I

M

I

M

I

M

I

M

X

A

M

A

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A

M

X

I

M

I

M

I

M

I

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

I

M

I

M

I

M

I

M

X

I

M

I

M

I

M

I

M

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I

M

I

M

I

M

I

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Combustión y proceso

Bajo flujo total fluido de proceso Bajo–bajo flujo total fluido de proceso en unidades con piloto continuo Bajo–bajo flujo total fluido de proceso en unidades con piloto interrumpido o intermitente Baja presión pase “n” Bajo flujo en pase “n” Bajo–bajo flujo en pase “n” en unidades con piloto continuo Bajo–bajo flujo en pase ”n” en unidades con piloto interrumpido o intermitente Alta presión fluido proceso Baja presión fluido proceso Alta temperatura salida Baja temperatura salida

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

N

N

A

m

A

M

A

M

X

N

N

A

m

A

m

A

m

X

N

N

A

Pt

A

Pt

A

Pt

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N

N

N

A

M

A

M

X

N

N

N

N

A

M

A

M

X

N

N

N

N

A

m

A

m

X

N

N

N

N

A

Pt

A

Pt

X

N

N

N

N

A

m

A

m

X

N

N

N

N

A

m

A

m

X

N

N

N

N

A

M

A

M

X

N

N

N

N

A

M

A

M

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Combustión y proceso (cont.)

Alta–alta temperatura salida Baja presión vapor Alta presión vapor Alta–alta presión vapor Alta temperatura pase “n” Alta–alta temperatura pase “n” Mal funcionamiento BPCS Alta temperatura piel tubo “n” Alta–alta temperatura piel tubo “n” Alta temperatura zona radiante Baja temperatura hogar Alta temperatura hogar Bajo nivel agua domo de vapor Bajo–bajo nivel domo de vapor Alto nivel agua domo de vapor Alto–alto nivel agua domo de vapor Alta temperatura entrada chimenea

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

X

N

N

N

N

A

m

A

m

X

A

M

A

M

N

N

N

N

X

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A

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A

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A

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A

m

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

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N

N

A

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N

N

N

N

N

A

M

O

A

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A

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A

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A

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X

A

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A

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A

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A

M

X

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A

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X

A

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A

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N

N

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X

A

Pt

A

Pt

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A

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N

N

N

N

X

A

M

A

M

N

N

N

N

O

A

M

A

M

A

M

A

M

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.) Sistemas

@

Deviación

Uso

Calderas Alarma

Combustión y proceso, ( (cont.) )

Baja temperatura entrada chimenea Alta temperatura en chimenea Alta–alta temperatura en chimenea Baja relación aire/ combustible Bajo Oxígeno salida zona radiación Alta concentración combustible salida zona radiación Alta concentración CO salida zona radiación

Acción

Acción Generadores Hornos vapor Alarma

Acción

Alarma

Acción

Calentadores Alarma

Acción

O

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

m

A

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A

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X

A

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A

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O

A

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A

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A

M

O

A

M

A

M

A

M

A

M

O

A

M

A

M

A

M

A

M

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

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TABLA 1 ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS (CONT.)

Sistemas

Despresuriza ción (EDS)

Análisis gases combustión en chimenea (SCME)

ESD

Energía

@

Deviación Aislamiento Des–presurizac ión Mal funcionamiento EDS Baja concentración Oxígeno Baja–baja concentración Oxígeno Alta concentarción SOx Alta concentración Monóxido de Carbono, CO Alta concentración NOx Alta concentración combustible Alta opacidad gases combustión Activación manual Baja tensión baterías UPS Pérdida crítica AC Pérdida crítica DC Baja presión aire instrumentos Baja–baja presión aire instrumentos

Uso X

Calderas Alarma A

Acción Pt

Acción Generadores Hornos vapor Alarma A

Acción Pt

Alarma A

Acción Pt

Calentadores Alarma A

Acción Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

m

A

m

A

m

A

m

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

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X

A

M

A

M

A

M

A

M

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M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

M

A

M

A

M

A

M

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

A

Pt

X

A

Pt

A

Pt

A

Pt

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Pt

X

A

M

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M

A

M

A

M

X

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Pt

A

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A

Pt

A

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Uso

Significado de las nomenclaturas usada en las tablas @ Renglón sólo aplica para: Tipo de acción

X = obligatorio

En blanco: en todos los casos

A = Alarma

O = opcional

TN: Tiro natural

I = Indicación o señalización

N = no aplica

TF: Tiro forzado

Pt = Paro total unidad

TI: Tiro inducido

Pp = Paro piloto/quemador afectado

TB: Tiro balanceado

m = Llama mínima

G: Gas combustible

M = Verificación e intervención del operador

L: Combustible líquido

Adicionalmente a las alarmas de proceso, se debe proveer, como mínimo, las siguientes alarmas del sistema de control:

DD: Unidad con dropout door PA: Unidad con precalentador aire combustión MQ: Múltiples quemadores

– Falla energía – Transferencia a modo manual por falla de hardware – Falla señal de medición – Pérdida de componente redundante

20.1

Tabla de Causas – Efectos (1) Referencia norma API 556 y norma NFPA 85

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TABLA 2. CAUSAS – EFECTOS Tiro natural (TN) Funciones de protección

Acumulación combustible en hogar o pérdida de llama Baja presión combustible a quemador Alta presión combustible a quemador Bajo flujo aire combustión o pérdida ventilador TF Falla apertura puerta en cambio a modo de TN Bajo tiro (alta presión hogar) o pérdida ventilador TI Falla apertura compuerta chimenea Baja presión combustible a piloto Alta presión combustible a piloto Baja presión medio atomización Baja carga o flujo alimentación calentador Bajo nivel agua domo caldera o generador vapor Alta presión vapor Paro manual de emergencia

Válvula automática de corte combustible A quemadores (2)

Cierra

A pilotos (9)

Tiro forzado (TF) / balanceado/ (TB) / inducido (TI)

“Dropout door”

Cambio a modo

Válvula automática de corte combustible A quemadores

Cierra

Compuerta chimenea

Ventilador TF

Ventilador TI

Abre

Apaga (3)

Apaga (3)

Abre

Apaga (3)

Abre

Apaga

Apaga

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra Abre

Cierra

A pilotos (9)

TN

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra TF Cierra (5)

Cierra (4)

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra

Cierra

Abre

Cierra

Cierra

Cierra (6)

Cierra (6)

Cierra

Cierra

Abre

Apaga

Apaga

Cierra

Cierra

Abre

Apaga

Apaga

Abre (8)

Apaga (8)

Apaga (8)

Cierra

Cierra (7)

Abre (8)

Cierra

Cierra (7)

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TABLA 2. CAUSAS – EFECTOS (CONT.) NOTAS: (1) No se muestran los eventos relacionados con falla individual de llama en pilotos y quemadores. Esta tabla sólo es de referencia general. Los requerimientos exactos de cada tipo de equipo deben ser evaluados mediante análisis de riesgos. (2) En el evento de corte de combustible, los equipos de TN deben mantener la compuerta de chimenea en su última posición. (3) En falla del ventilador de TF, mantener el ventilador de TI operando puede ocasionar sobrecalentamiento del precalentador. En falla del ventilador de TI, mantener operando el ventilador de TF puede enfriar el precalentador por debajo de la temperatura de rocío. (4) En equipo de TN, se debe cerrar el combustible en situación de bajo tiro. (5) En equipo de TF, el paro de la unidad de fuego por bajo tiro en el hogar es opcional si el ventilador de TF se mantiene en operación. (6) En lugar del corte de combustible, se puede operar el equipo en condición de llama mínima. (7) Si se usa paro de emergencia de pilotos en sistemas con pilotos continuos, este botón de paro de emergencia se debe identificar y distinguir bien del botón de Paro de emergencia de la unidad. (8) Acción apropiada depende de evaluación mediante análisis de riesgos. (9) Para permitir el re–encendido en los sistemas con pilotos continuos y en donde aplique.

20.2

Secuencias de Arranque

20.2.1

La secuencia de arranque de cada equipo depende del diseño particular, grado de automatización y de la complejidad del sistema de combustible y del equipo de fuego.

20.2.2

Ejemplos de secuencias de arranque se detallan en las normas API 556 y NFPA 85

20.3

Instalación y Comisionamiento

20.3.1

La unidad no puede ser autorizada para operar hasta que se halla completado la instalación y revisión de todos los sistemas de instrumentación y protección.

20.3.2

No se debe permitir la operación de la unidad hasta que se halla probado el correcto funcionamiento de los sistemas de protección.

20.3.3

El sistema de permisivos y dispositivos de protección debe ser probado por los diseñadores, operadores y mantenedores.

20.3.4

Una vez completado la instalación pero antes de la operación inicial, se deben realizar pruebas coordinadas de todos los sistemas.

20.3.5

La documentación del proyecto, incluyendo los manuales de mantenimiento y operación deben ser actualizados para reflejar los cambios realizados durante la construcción y pruebas de arranque.

21 BIBLIOGRAFÍA COVENIN 200 Código Eléctrico Nacional