UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA ELECTRNICA PROPUESTA DE AUTOMATIZACIN PARA EL SISTEMA DE PARADA DE EMERGENCIA EN MINIPLANTAS COMPRESORAS DEL COMPLEJO JUSEPN Por: Christian Jess Faras Urriola INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIN TCNICA Y DESARROLLO SOCIAL Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electrnico Sartenejas, Octubre de 2010 UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA ELECTRNICA PROPUESTA DE AUTOMATIZACIN PARA EL SISTEMA DE PARADA DE EMERGENCIA EN MINIPLANTAS COMPRESORAS DEL COMPLEJO JUSEPN Por: Christian Jess Faras Urriola Realizado con la asesora de: Tutor Acadmico: Prof. Ernesto Granado Tutor Industrial: Ing. Ingrid Madero INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIN TCNICA Y DESARROLLO SOCIAL Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero Electrnico Sartenejas, Octubre de 2010 iii UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIN DE INGENIERA ELECTRNICA PROPUESTA DE AUTOMATIZACIN PARA EL SISTEMA DE PARADA DE EMERGENCIA EN MINIPLANTAS COMPRESORAS DEL COMPLEJO JUSEPN INFORME FINAL DE CURSOS EN COOPERACIN TCNICA Y DESARROLLO SOCIAL Presentado por: Christian Jess Faras Urriola, 03-35882 REALIZADO CON LA ASESORA DE: Prof. Ernesto Granado e Ing. Ingrid Madero RESUMEN EnelComplejoJusepn,ubicadoenelEstadoMonagas,existentresMiniplantas Compresoras de gas que cuentan con un Sistema de Parada de Emergencia cuya funcines resguardarlaintegridaddepersonas,equipos,instalacionesyelmedioambiente,ante cualquiersituacinocondicinquerepresenteunriesgoparalosmismos.Estesistema, constituidoprincipalmenteporunarreglode rels,hadejadodeserptimoporcuantoes muchomenoseficienteypresentaunnivelinferiordeautomatizacinquecualquier tecnologa de control moderna. El presente trabajo comprende unapropuesta tcnica para ladesincorporacindelSistemadeParadadeEmergenciaactualmenteinstaladoenlas Miniplantas Compresoras Jusepn y la instalacin, en su lugar, de un Sistema Instrumentado deSeguridadcompletamenteautomatizado,contecnologadevanguardia,mejores prestacionesymayorconfiabilidad,basadoenControladoresLgicosProgramables.Para tal fin se document una descripcin detallada de las Miniplantas Compresoras, su situacin actualyelprocesoquestasllevanacabo;sedetermin lasespecificacionesmnimasque debetenerunSistemadeParadadeEmergenciaparasatisfacerlosrequerimientos operacionalesydeseguridaddelasMiniplantas;yfinalmente,conbaseenestas especificaciones,ysiguiendocriteriosdecosto,mantenibilidadycompatibilidadconotros SistemasdelComplejoJusepn,seseleccionypropusounasolucincomercialparticular, entre las distintas opciones disponibles actualmente en el mercado. Palabrasclave:MiniplantasCompresorasJusepn;SistemadeParadadeEmergencia; Automatizacin; Propuesta Tcnica; Sistema Instrumentado de Seguridad. Sartenejas, Octubre de 2010 iv AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS A mis padres, por haberme dado todo lo que he necesitado a lo largo de mi vida. Por su amor, por su paciencia, por haber estado ah para m independientemente de mis decisiones, demisdefectos,demiserrores.Losamo.Harloqueestamialcance,yms,paraque algn da estn tan orgullosos de m como yo lo estoy de ustedes. A mis amigos, los de verdad, por acompaarme en este viaje. Gracias por cada momento, por cada risa, y hasta por cada pelea que hemos tenido.Y gracias, en especial, por haberme aceptado como soy. Mi vida es ms feliz y divertida porque la puedo compartir con ustedes, y sin importar lo que el futuro nos depare a cada uno de nosotros, siempre tendrn un lugar especial en mi memoria y en mi corazn. Los quiero muchsimo. Ami universidad,alaque debomieducacin, misconocimientos,miconciencia.Aqu, entreinformesyparciales,entreproyectosylaboratorios,hantranscurridolosmejores aosdemivida.Formaspartedemytellevarconorgulloadondevaya.Jamspodr devolverte todo lo que me has dado. Amistutores,IngridyErnesto,porhabercompartidoconmigosuexperienciaysus conocimientos,porhabermeorientadocuandolonecesit,porhabermecorregidocuando meequivoqu,yporhaberestadoah,siempre,inclusocuandonopodanestar.Ustedes hicieron esto posible. A todos, muchsimas gracias! v NDICE GENERAL RESUMEN ........................................................................................................................................... iii AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS ............................................................................... iv NDICE GENERAL................................................................................................................................ v NDICE DE TABLAS ........................................................................................................................ viii NDICE DE FIGURAS.......................................................................................................................... ix LISTA DE ABREVIATURAS .............................................................................................................. xi INTRODUCCIN .................................................................................................................................. 1 Objetivo General....................................................................................................................................................... 3 Objetivos Especficos ............................................................................................................................................. 3 CAPTULO 1: DESCRIPCIN DE LA EMPRESA ............................................................................. 4 1.1.Historia de la industria de los hidrocarburos en Venezuela .................................................. 4 1.2.PDVSA en la actualidad ............................................................................................................................ 6 1.2.1.Actividades y Operaciones .......................................................................................................... 7 1.3.PDVSA Exploracin y Produccin ....................................................................................................... 8 1.4.Direccin de Automatizacin, Informtica y Telecomunicaciones (AIT) ..................... 11 CAPTULO 2: MARCO TERICO ................................................................................................... 12 2.1.Automatizacin ......................................................................................................................................... 12 2.1.1.Automatizacin industrial ........................................................................................................ 13 2.1.2.Arquitectura de automatizacin industrial ...................................................................... 14 2.2.Seguridad en la industria de procesos ........................................................................................... 17 2.2.1.Sistemas Instrumentados de Seguridad ............................................................................ 17 2.2.1.1.Modos de operacin............................................................................................................. 19 2.2.1.2.Modos de falla ......................................................................................................................... 19 vi 2.2.1.3.Sistemas de Parada de Emergencia .............................................................................. 20 2.2.2.Estndares de Seguridad Industrial ..................................................................................... 21 2.2.3. Controladores Lgicos Programables ............................................................................................ 24 2.3.1.Historia de los Controladores Lgicos Programables ................................................. 24 2.3.2.Estructura y funcionamiento bsico de un PLC ............................................................. 25 2.3.3.Ventajas, desventajas y aplicaciones de los PLCs .......................................................... 26 CAPTULO 3: DESCRIPCIN DE LA PLANTA ............................................................................. 29 3.1.El Complejo Jusepn ................................................................................................................................ 29 3.2.Miniplantas Compresoras Jusepn ................................................................................................... 30 3.2.1.Estructura de la Instalacin ..................................................................................................... 32 3.2.2.Sobre la codificacin y numeracin de instrumentos y seales............................. 33 3.2.3.Descripcin del Proceso............................................................................................................. 34 3.2.4.Flexibilidades de operacin de la planta ........................................................................... 38 3.2.5.Sistemas auxiliares y de soporte ........................................................................................... 41 3.2.6.Vlvulas de control y seguridad del proceso ................................................................... 43 CAPTULO 4: EL SISTEMA DE PARADA DE EMERGENCIA ACTUAL .................................... 45 4.1.El Sistema ESD en el contexto de las tecnologas actuales ................................................... 50 4.2.Por qu este Sistema de Parada de Emergencia ha dejado de ser ptimo? ............... 50 CAPTULO 5: MARCO METODOLGICO ..................................................................................... 53 5.1.Emisin de documentacin actualizada sobre las Miniplantas ......................................... 53 5.1.1.Filosofa de Operacin y Control de las Miniplantas Compresoras ...................... 54 5.1.2.Listado de Seales de Parada de Emergencia ................................................................. 54 5.1.3.Metodologa utilizada para la generacin de los documentos ................................ 55 5.2.Determinacin de las especificaciones que debe tener el Sistema ESD......................... 56 5.3.Propuesta tcnica para el reemplazo del Sistema ESD actual ............................................ 58 vii 5.4.Materiales y equipos utilizados ......................................................................................................... 60 CAPTULO 6: RESULTADOS Y DISCUSIN DE LOS MISMOS.................................................. 62 6.1.Documentos asociados a las Miniplantas Compresoras ........................................................ 62 6.2.Especificaciones bsicas del Sistema ESD para las Miniplantas ........................................ 65 6.3.Propuesta de Automatizacin ............................................................................................................ 67 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................... 73 REFERENCIAS .................................................................................................................................. 75 APNDICE A: EQUIPOS MS IMPORTANTES DE LA INSTALACIN .................................... 80 Trenes de Compresin ....................................................................................................................................... 80 Enfriadores .............................................................................................................................................................. 82 Depuradores ........................................................................................................................................................... 83 APNDICE B: INSTRUMENTACIN Y LAZOS DE CONTROL DEL PROCESO ....................... 84 viii NDICE DE TABLAS Tabla 3.1. Depurador General de Succin (Slug Catcher) 10-V-01. .................................................. 38 Tabla 3.2. Depuradores de Succin X0-S-01. ............................................................................................... 38 Tabla 3.3. Compresores de Primera Etapa X0-K-01. ............................................................................... 39 Tabla 3.4. Enfriadores Inter-Etapa X0-ER-01. ............................................................................................ 39 Tabla 3.5. Depuradores Inter-Etapa X0-S-02. ............................................................................................. 39 Tabla 3.6. Compresores de Segunda Etapa X0-K-02. ............................................................................... 40 Tabla 3.7. Enfriadores de Descarga X0-ER-02. ........................................................................................... 40 Tabla 3.8. Depuradores de Descarga X0-S-03. ............................................................................................ 40 Tabla 3.9. Vlvulas de Seguridad de las Miniplantas Compresoras Jusepn. ............................... 44 Tabla 4.1. Listado de Seales del Sistema ESD de las Miniplantas Compresoras. ..................... 46 Tabla 5.1. Recomendaciones para la asignacin de SIL segn el tipo de industria. ................. 57 Tabla 6.1. Arquitectura propuesta para el nuevo Sistema ESD. ......................................................... 68 ix NDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Reventn del pozo Barroso 2 en 1922. ...................................................................................... 5 Figura 1.2. Smbolo de PDVSA. .............................................................................................................................. 7 Figura 1.3. Organigrama de PDVSA Exploracin y Produccin. ............................................................ 9 Figura 1.4. Organigrama de la Direccin Ejecutiva de Exploracin de PDVSA EyP. ................. 10 Figura 1.5. Organigrama de la Direccin Ejecutiva de Produccin de PDVSA EyP. .................. 10 Figura 1.6. Organigrama de la Direccin de AIT. ....................................................................................... 11 Figura 2.1. Arquitectura de automatizacin industrial. ......................................................................... 14 Figura 2.2. reas de conocimiento de la arquitectura de automatizacin industrial. ............. 16 Figura 2.3. Estructura bsica de un Sistema Instrumentado de Seguridad. ................................. 18 Figura 3.1. Localizacin geogrfica del Complejo Operativo Jusepn. ............................................. 29 Figura 3.2. rea Comn de las Miniplantas Compresoras Jusepn. .................................................. 31 Figura 3.3. Diagrama de Flujo del Proceso llevado a cabo en las Miniplantas. ........................... 35 Figura 3.4. Diagrama de bloques de las Miniplantas Compresoras Jusepn. ................................ 37 Figura 3.5. Sistema de proteccin anti-surge. ............................................................................................. 41 Figura 3.6. Sistema de inyeccin anti-corrosin........................................................................................ 42 Figura 4.1. Panel de rels que conforman el Sistema ESD actual de una Miniplanta. ............. 45 Figura 4.2. Arquitectura de control y supervisin instalada en una Miniplanta........................ 49 Figura 6.1. Requerimiento de comunicaciones para el nuevo Sistema ESD................................. 66 Figura 6.2. Chasis ControlLogix. ........................................................................................................................ 69 Figura 6.3. Mdulo Procesador ControlLogix. ............................................................................................ 70 Figura 6.4. Mdulo I/O ControlLogix. ............................................................................................................. 70 Figura 6.5. Mdulo de Comunicaciones EtherNet/IP de ControlLogix. .......................................... 71 Figura 6.6. Mdulo de Comunicaciones PTQ-DFNT de ProSoft. ......................................................... 72 x Figura 6.7. Fuente de Poder ControlLogix. ................................................................................................... 72 xi LISTA DE ABREVIATURAS ACOGASPlanta de Acondicionamiento de Gas AITAutomatizacin, Informtica y Telecomunicaciones ANSIAmerican National Standards Institute (Instituto Nacional Estadounidense de Estndares) BPCSBasic Process Control System (Sistema Bsico de Control de Proceso) BOPECBonaire Petroleum Corporation N.V.(Corporacin Petrolera de Bonaire) BORCOBahamas Oil Refining Company International Limited (Compaa Refinadora de Petrleo de Bahamas) BPDBarriles Por Da CPUCentral Processing Unit (Unidad Central de Procesamiento) CTVConfederacin de Trabajadores de Venezuela CVPCorporacin Venezolana del Petrleo DSDDocumento de Soporte de Decisin DTIDiagrama de Tubera e Instrumentacin E/E/PEElectrical / Electronic / Programmable Electronic (Elctrico / Electrnico / Electrnico Programable) EPJ-2Estacin Principal Jusepn 2 ESDEmergency Shut-Down (Parada de Emergencia) EyPExploracin y Produccin I/OInput/Output (Entrada/Salida) IECInternational Electrotechnical Commission (Comisin Electrotcnica Internacional) IGFPlanta de Inyeccin de Gas Furrial xii INTEVEP Instituto de Tecnologa Venezolana para el Petrleo ISAInternational Society of Automation (Sociedad Internacional de la Automatizacin) LGNLquidos del Gas Natural MENPETMinisterio del Poder Popular para la Energa y Petrleo MMPCNDMillones de Pies Cbicos Normales Diarios ModiconMOdular DIgital CONtroller (Controlador Digital Modular) MPJ-3Miniplanta Compresora Jusepn 3 MPJ-4Miniplanta Compresora Jusepn 4 MPJ-5Miniplanta Compresora Jusepn 5 PACProgrammable Automation Controller (Controlador de Automatizacin Programable) PCJ-2Planta Compresora Jusepn 2 PDFPortable Document File (Formato de Documento Porttil) PDVALProductora y Distribuidora Venezolana de Alimentos PDVSAPetrleos De Venezuela, Sociedad Annima PFDProbability of Failure on Demand (Probabilidad de Falla en Demanda) PIBProducto Interno Bruto PIDProporcional-Integral-Derivativo PLCProgrammable Logic Controller (Controlador Lgico Programable) psigPounds per Square Inch Gauge (Libras por Pulgada Cuadrada de Manmetro) RESORPlanta de Recuperacin Secundaria de Oriente SAENSistema de Aguas Efluentes Norte SFCSequential Function Chart (Diagrama de Funciones Secuenciales) xiii SIFSafety Instrumented Function (Funcin Instrumentada de Seguridad) SILSafety Integrity Level (Nivel de Integridad de Seguridad) SISSafety Instrumented System (Sistema Instrumentado de Seguridad) SCADASupervisory Control And Data Acquisition (Control Supervisor y Adquisicin de Datos) ZIMCAZona Industrial de Maturn, Compaa Annima 1 INTRODUCCIN Laseguridades,sindudaalguna,unaspectodevitalimportanciaquedebe necesariamentesertomadoencuentaentodomomento,independientementedellugary delaactividadqueseestrealizando.Yaseaquesetratedeinstalacionesindustriales, laboratorios,espaciosresidenciales,oficinasoedificacionesengeneral,laintegridadfsica del entorno, as comode las personas yel patrimonioque all se encuentran,debe ser una prioridad fundamental y debe ser resguardada a toda costa. Lasaplicacionesindustriales,engeneral,tienennecesidadesyrequerimientos especialesencuantoaseguridadserefiere,dadalacomplejidaddesusestructuras,los elementos en ellas procesados (en algunos casos inflamables, explosivos, txicos, etc.) y las condicionesenlasquesonprocesados(altastemperaturas,altaspresiones,reacciones qumicasinvolucradas,entreotras)[1].Cualquiersituacinderiesgopuededarlugara daos si no es atendida adecuadamente, si las variables o condiciones asociadas a la misma nosoncontroladascomoesdebido.EsaqudondeentraelconceptodeSistema InstrumentadodeSeguridad,unconjuntodeelementoscuyamisinesllevaracabo,de maneracoordinada,rpidayeficaz,todaslasfuncionesnecesariasparapreservarla integridaddelasinstalaciones,elambienteylaspersonas,antelaocurrenciadeeventos cuyas consecuencias puedan representar un peligro para los mismos. [2] Es imperativo que los sistemas de seguridad sean sometidos a labores de actualizacin ymantenimientoconstantes,conlafinalidaddeprocurarquestospermanezcanenlas mejorescondicionesposiblesparaactuar(estoes,llevaracabolasfuncionesparalasque fuerondiseados)enelmomento,alavelocidadyconlaefectividadrequeridos.No obstante,esposiblequeunsistemadeseguridaddadodejedeservirodeserelms adecuadoparalaaplicacinalaquehasidoasociadoenprincipio. Estopuede ocurrirpor variasrazones:cambiosenlaestructuradelaplanta,deteriorofsico,obsolescencia, aparicinydisponibilidaddenuevasymejorestecnologasparallevaracabolasmismas funciones, entre otras. En estos casos, lo mejor que se puede hacer es reemplazar el sistema encuestinporunoquespuedasatisfacertotalmentelosrequerimientosactualesdela instalacin. 2 Elaceleradocrecimientodelademandaenergticadurantelosltimosaosha propiciadoeldesarrollocontinuodelasindustriasasociadas,incluyendoaladelos hidrocarburos, la cual, a la fecha, contina siendo la mayor fuente de energa del mundo [3]. Lasinstalacionesylosprocesosquehacenposible,directaoindirectamente,el abastecimiento de energa a los distintos entes que la requieren (el mercado interno, otros pases,otrasindustrias,etc.),sehanvueltomsnumerososycomplejosparasatisfacerla demandaactual;comoconsecuenciadeello,hasidonecesarialaimplementacinde sistemasdeseguridadmscompletos,poderososyconfiablesparatalesaplicaciones.La industrianacionaldeloshidrocarburos,representadaprincipalmenteporPetrleosde VenezuelaS.A.(PDVSA)[4],noeslaexcepcin.Conelpasodeltiempo,eldesarrollodela industriaysusinstalacionesasociadashadadolugaramayoresrequerimientosenel mbitodelaseguridad[5].Talesrequerimientosdebensersatisfechosenlamedidadelo posible,conelobjetodegarantizarlacontinuidaddelosprocesosproductivosyel crecimientosanodelaindustriasindetrimentoalgunodelaintegridaddelosentes involucrados. Las Miniplantas Compresoras3, 4 y 5 ubicadas en el Complejo Operativo Jusepn, en el orientevenezolano,cuentanconunSistemadeParadadeEmergencia,constituido principalmenteporunarregloderels,cuyafuncinesdetenerlasoperacionesdelas mismas de manera inmediata ante la existencia de una condicin que represente un riesgo paraequipos,personasyelambiente[6].EsteSistemadeParadadeEmergencia, implementadoenlasMiniplantashaceaproximadamente20aos[7],hadejadodeser ptimo por cuanto es mucho menos eficiente y presenta un nivel inferior de automatizacin quecualquiertecnologadisponibleactualmenteenelmercado.Aunadoaesto,diversos factoresasociadosalaantigedaddelosdispositivos,entreelloslacorrosin,oxidaciny deteriorodesuscomponentes,ascomoelcesedelaprovisindeserviciotcnicoy repuestos por parte del fabricante, hanafectado significativamente, de manera negativa, el rendimiento de los mismos. Ante esta situacin, la Gerencia de Automatizacin, Informtica y Telecomunicaciones (AIT) de PDVSA ha decidido impulsar una iniciativa que comprende la desincorporacin del antes mencionado sistema, por dems obsoleto, y la instalacin, en su lugar, de un Sistema Instrumentado de Seguridad nuevo, completamente automatizado y basadoentecnologadeControladoresLgicosProgramables(ProgrammableLogic 3 Controller,PLC),quegaranticelascondicionesoperacionalesydeseguridadrequeridas parallevaracaboexitosamentelosprocesosdeparadayarranquedelasMiniplantas Compresoras, ya sea para labores de mantenimientoo en respuesta a situaciones de riesgo de cualquier ndole. [6] Alolargodelpresentetrabajosepresentaunadescripcindetalladadelasituacin actualdelasMiniplantasCompresorasJusepn,haciendoespecialnfasisenelSistemade ParadadeEmergenciaasociadoalasmismas;sepretendejustificarlanecesidaddeun proyecto de actualizacin y automatizacin exponiendo los problemas y fallas que presenta dichosistema;yfinalmente,sepresentaunapropuestatcnicaenlaquesedetallalas especificacionesmnimasquedebetenerunSistemaInstrumentadodeSeguridadbasado enPLCparasatisfacerlosrequerimientosimpuestosporlasMiniplantas,elprocesoque stas llevan a cabo y los elementos en l involucrados. Objetivo General Generar una propuesta tcnica para el reemplazo del Sistema de Parada de Emergencia actualmenteinstaladoenlasMiniplantasCompresorasJusepn,porunoautomatizadoque satisfaga los requerimientos operacionales y de seguridad de la instalacin. Objetivos Especficos RecopilartodalainformacindeintersreferentealasMiniplantasCompresoras Jusepn, el proceso que stas llevan a cabo y el Sistema de Parada de Emergencia actual. Generardocumentosactualizadosquecontenganunadescripcindetalladadelas Miniplantas Compresoras y sus lineamientos generales de operacin. Generar la documentacin de soporte necesaria para justificar el reemplazo del Sistema de Parada de Emergencia actualmente instalado en las Miniplantas Compresoras. DeterminarlasespecificacionesbsicasquedebetenerunSistemaInstrumentadode Seguridad para satisfacer los requerimientos operacionales de las Miniplantas. Evaluararquitecturasdecontrolpropuestasporfabricantescomercialesyla factibilidad de su instalacin en las Miniplantas Compresoras. CAPTULO 1 DESCRIPCIN DE LA EMPRESA 1.1.Historia de la industria de los hidrocarburos en Venezuela Laactividadpetroleravenezolanaseiniciaconlacreacin,enelao1878,dela CompaaNacionalMineraPetroliadelTchira,luegodehaberlesidootorgadaaManuel AntonioPulidounaconcesinparaexplotarelpetrleodescubiertoensuhaciendaLa Alquitrana. La produccin de esta compaa apenas alcanzaba para dotar de kerosene a las ciudades vecinas. No obstante, su importancia radica en que no slo es la primera empresa petrolerafundadaporungrupodevenezolanos,encabezadoporPulido,sinoqueadems despleg todas las actividades que formaran parte de la industria petrolera moderna, tanto ladeaguasarriba(exploracinyproduccin)comoladeaguasabajo(procesamiento, comercio y suministro). [8] Nofuesinohastadiciembrede1922cuandoelpotencialpetrolerodelpaspudoser confirmado,conelreventndelpozoBarroso2,ubicadoenloquehoyeselEstadoZulia, pues durante nueve das consecutivos arroj sin control alguno unos 100 mil BPD (Barriles PorDa)decrudo.Paravalorarlaimportanciadeesteacontecimiento,bastasealarque para ese entonces en el pas se produca poco ms de tan slo 6 mil BPD [8]. La Figura 1.1 es una imagen del pozo Barroso 2 durante aquellos das. Para 1928, Venezuela estara produciendo ms de 290 mil barriles de petrleo diarios, cifraqueloubiccomoelsegundomayorproductordeesterecursoenelmundo.Sus niveles de produccin fueron en franco ascenso con el paso del tiempo, hasta 1970, cuando alcanz su techo mximo de 3780000 BPD. Venezuela fue, desde 1928 hasta 1970, el mayor exportador de petrleo del mundo. [8] 5 Figura 1.1. Reventn del pozo Barroso 2 en 1922. [9] Durantesusprimerosaos,laactividadpetroleraindustrialenelpasfuellevadaa cabocasiensutotalidadporcompaastransnacionalesatravsdelafiguradelas concesionespetroleras,instrumentodeconcertacinconelEstadoparalaexploraciny explotacindelosyacimientosdehidrocarburosdescubiertosenelterritorionacional, regidasporlaslegislacionesminerasvigentesparalapoca.Losbeneficioseconmicos percibidosporelEstadovenezolanoarazdelasconcesiones,enlaformaderegalasy otrasgananciasdecarcterimpositivo,variaronatravsdeltiempodeacuerdoalas regulaciones,decretosyleyespromulgadasalolargodelosaosduranteloscualesse mantuvo este sistema. [8] Enladcadadelos70s,conlapromulgacindelaLeyqueReservaalEstadola Industria y el Comercio de los Hidrocarburos, se abri paso a un proceso de nacionalizacin en el cual seran transferidos al Estado venezolano todos los bienes, instalaciones y equipos incorporadosatodaslasfasesdelaindustriapetroleraenelpas.Enelmarcodeeste procesoescreadaPetrleosdeVenezuelaS.A.(PDVSA),pordecretodelPoderEjecutivo Nacional,el30deagostode1975.EnconcordanciaconlaLeydeNacionalizacin,cada concesionariaprivadaqueparaentoncesoperabaenelpaspasaraaconvertirseenuna empresafilialdePDVSA,consusrespectivoscontratosdeasistenciatcnicay comercializacin[10].As,laactividadpetroleraenelpasquedbajolaresponsabilidad exclusiva de PDVSA, como casa matriz, y sus 14 filiales: Amoven (Amoco), Bariven (Sinclair andAtlantic),Boscanven(Chevron),laCorporacinVenezolanadelPetrleo(CVP), Deltaven(Texas),Guariven(LasMercedes),Lagoven(Creole),Llanoven(Mobil),Maraven 6 (Shell),Meneven(MeneGrande),Palmaven(Sun),Roqueven(Phillips),Taloven(Talon)y Vistaven (Mito Juan). [11] En1977seprodujolaprimerare-organizacin,enlacuallasfilialesmsgrandes absorbieronalasmspequeas,reduciendoelnmerodelasmismasdecatorceasiete. Ms tarde, durante ese mismo ao, se reducira de nuevo el nmero, esta vez a cinco filiales; luego,en1978,acuatro,yfinalmente,en1986,sloquedarontres:Lagoven,Corpoveny Maraven. [10] En julio de 1997, con la aprobacin de una nueva re-estructuracin, fueron eliminadas lastresfilialesantesmencionadasyfueroncreadas,ensulugar,cuatrograndesempresas funcionalesdenegociosqueapartirdeentoncesintegraranlacorporacin:PDVSA Petrleo y Gas, PDVSA Exploracin y Produccin, PDVSA Manufactura y Mercadeo, y PDVSA Servicios[10].Estaestructuradeoperaciones,basadaenunidadesdenegocio,entren vigencia a partir de enero de 1998. [12] 1.2.PDVSA en la actualidad Petrleos de Venezuela, Sociedad Annima, ms ampliamente conocida como PDVSA, es lacorporacinestataldelaRepblicaBolivarianadeVenezuelaqueseencargadela exploracin,produccin,manufactura,transporteymercadeodeloshidrocarburosenel pas.PormandatodelaConstitucindelaRepblicaBolivarianadeVenezuela, especficamenteensuartculo303,latotalidaddelasaccionesdePDVSApertenecenal Estado venezolano [13]. En este sentido, PDVSA est completamente subordinada al Estado y por lo tanto acta bajo los lineamientos trazados en los Planes de Desarrollo Nacional y de acuerdo a las polticas, planes, directrices y estrategias para el sector de los hidrocarburos, dictadas por el Ministerio del Poder Popular para la Energa y Petrleo (MENPET). [4] LaFigura1.2muestraelsmbolodePDVSA,basadoenunpetroglifoenformadesol ornamentado, representado en la Piedra Guarataro que se encuentra en Caicara del Orinoco, Estado Bolvar. La simbologa del sol como fuente de energa es asociada con las actividades desarrolladas por la empresa. [14] 7 Figura 1.2. Smbolo de PDVSA. [14] 1.2.1.Actividades y Operaciones PDVSAdesarrollasusoperacionesatravsdesusfilialesy,tambin,pormediodesu participacinenasociacionesconcompaaslocalesyextranjeras(estasltimassujetasa leyes y regulaciones, en principio, diferentes). [15] Las operaciones aguas arriba de la corporacin incluyen: Exploracin, produccin y mejoramiento de crudo. Exploracin,produccinymejoramientodegasnatural,tantoasociadocomono asociado. Por su parte, las operaciones aguas abajo ms destacadas son las siguientes: Refinacin y mercadeo de productos en Venezuela bajo la marca comercial PDV. Refinacin y mercadeo de crudo y productos derivados en el mercado internacional. En particular,enlasregionesorientalesydelmediooestedeEstadosUnidos,los productos son comercializados bajo la marca CITGO. Conduccin de actividades de transporte martimo. ExplotacinyprocesamientodelgasparalaproduccindeLquidosdelGasNatural (LGN). Transporte y mercadeo, tanto a nivel interno como internacional, de gas y LGN. Investigacin y desarrollo. 8 Paraefectosdelmanejodelasoperacionesaguasarriba,llevadasacabosloen Venezuela,laestructuraorganizacionaldePDVSAestdivididadeacuerdoacincoreas geogrficas: Oriente, Occidente, Centro Sur, Faja Petrolfera del Orinoco y Costa Afuera. Las operaciones aguas abajo, por su parte, seencuentran distribuidas no slo en el territorio nacional, sino tambin en el Caribe, Norteamrica, Suramrica, Europa y Asia. [15] LasactividadesinternacionalesdePDVSAsehanmantenidoenconstanteexpansina lolargodelosltimosaos.Enlaactualidad,PDVSAmantieneunafirmepresenciaenel exterioratravsdecincooficinasubicadasenArgentina,Brasil,Cuba,ReinoUnidoy Holanda, las cuales mantienen una amplia relacin comercial con sus respectivos socios en cadaregin,ascomoconaquellasnacionesposeedorasdeunextensopotencialparala inversin en el negocio petrolero. Adicionalmente, los activos y negocios de la corporacin a nivelinternacionalincluyenlaparticipacin(parcialototal)enempresascomoRulorOil GmbbdeAlemania,ABNynsPetroleum,RefineraIsla,BonairePetroleumCorporation (BOPEC),BahamasOilRefiningCompany(BORCO)yCITGO,estaltimaubicadaenlos Estados Unidos, adems de numerosas refineras distribuidas alrededor del mundo. [16] La estructura de operaciones de PDVSA, basada en el concepto de unidades de negocio, sehamantenidovigentedesdesuimplementacinenelao1997.Enlaactualidad,dicha estructuraseencuentradivididaentresentesfundamentales:PDVSAExploraciny Produccin, PDVSA Refinacin, y PDVSA Comercio y Suministro. [17] 1.3.PDVSA Exploracin y Produccin El negocio de Exploracin y Produccin (EyP) de PDVSA cuenta con un equipohumano comprometidoconlavalorizacinyelusoracionaldelosrecursoshidrocarburferosdel pas,conelfindepromovereldesarrollosustentableyelmejoramientodelacalidadde vidadelosvenezolanos.LaexploracindehidrocarburosenPDVSAseorientahaciala bsqueda y el reconocimientode yacimientos de petrleo y gas natural; la produccin, por suparte,seconcentraenlaexplotacinracionaldelasreservasdetalesyacimientos.En amboscasos,lasactividadescomprendidasenelnegociosondesarrolladascumpliendo siempre con las leyes, estndares ambientales y normas de seguridad correspondientes, as 9 como con los lineamientos y las polticas dictaminados por el Ministerio del Poder Popular para la Energa y Petrleo. [18] LasoperacionesdePDVSAEyPseencuentrandesplegadasalolargoyanchodel territorio nacional, tanto en tierra firme como en territorio lacustre (Lago de Maracaibo) y CostaAfuera.Lapresenciadelnegocioestdistribuidaencuatrodivisionesgeogrficas: Occidente, Oriente, Centro Sur y Costa Afuera.stas, asu vez, estn constituidas por nueve Distritos Sociales: 4 en Occidente, 3 en Oriente y 2en Centro Sur. Las dimensiones de este negocioloposicionancomolaactividadmedulardelaCorporacin,responsabledelos primeros eslabones de la cadena de valor de la industria petrolera nacional. En este sentido esprecisodestacarlaimportanciaqueEyPtieneenelcontextogeneraldePDVSA,por cuantocuentaconaproximadamenteel48%delpresupuestodeinversin,56%del presupuesto de operacin, y un 51% de la fuerza laboral total de la Corporacin. [18] La Figura 1.3 presenta la estructura bsica de PDVSA EyP, as como las organizaciones y empresas filiales que hacen vida en esta unidad de negocio. Figura 1.3. Organigrama de PDVSA Exploracin y Produccin. [19] 10 Las Figuras 1.4 y 1.5 contienen organigramas de la Direccin Ejecutiva de Exploracin y laDireccinEjecutivadeProduccin,respectivamente,aunnivelsuperiorde desagregacin. Figura 1.4. Organigrama de la Direccin Ejecutiva de Exploracin de PDVSA EyP. [19] Figura 1.5. Organigrama de la Direccin Ejecutiva de Produccin de PDVSA EyP. [19] 11 1.4.Direccin de Automatizacin, Informtica y Telecomunicaciones (AIT) Talcomosunombreloindica,setratadelaorganizacinquesuministra,mantieney regula los servicios y soluciones integrales de tecnologas de automatizacin, informacin y comunicacionesdelaCorporacin,incluyendoatodassusunidadesdenegociosyla mayoradesusempresasfiliales,conelobjetodevelarporsucontinuidadoperativayla ejecucin exitosa y ptima de sus planes y proyectos [20]. La optimizacin de los procesos deidentificacin,planificacin,desarrolloeimplantacindesolucionesquesatisfaganlos requerimientosoperativosdeplantasyrefineras;elflujoefectivoytransparentede informacinentrelasdistintasorganizacionesquehacenvidaenlaindustriapetrolera nacional, as como la actualizacin y el mantenimiento de la infraestructura tecnolgica de laCorporacin,son responsabilidadesyobjetivosestratgicosdelaDireccindeAIT[21]. La Figura 1.6 describe la estructura de esta importante organizacin. Figura 1.6. Organigrama de la Direccin de AIT.[21] CAPTULO 2 MARCO TERICO Alolargodeestecaptulosepresentarnlosconceptosyfundamentostericosms importantesutilizadoscomobaseparalacomprensinyjustificacindelosmtodosy procedimientos llevados a cabo para la realizacin del proyecto. 2.1.Automatizacin Laimplementacindeelementosysistemastecnolgicos(mecnicos,elctricos, electrnicosoinformticos)paralaejecucinexitosayeficientedeactividades minimizandolaparticipacindesereshumanosenlasmismas,esloquegeneralmentese conoce con el nombre de automatizacin. [22] Presente,yenplenodesarrollo,enunainmensavariedaddembitosdelavida contempornea(enelhogar,eltransporte,laeconoma,elcuidadodelasalud,la produccindebienesyservicios,entremuchsimosotros),laautomatizacinprovee mecanismosparareducir,yenalgunoscasoseliminar,elrequerimientofsico,sensorialy mental de los seres humanos para las actividades relacionadas. [23] Laautomatizacin,engeneral,hatradoconsecuenciaspositivasparalasociedad humana por cuanto ha permitido optimizar el desarrollo y control de los procesos, as como el uso eficiente de materias primas y formas de energa; ha logrado reducir sustancialmente laparticipacindesereshumanosenlaboresqueinvolucrangrandesesfuerzosfsicos, llevadasacaboenentornospeligrososobajocondicionesquerepresentanunriesgopara suintegridad;asimismo,hahechoposiblelarealizacindeactividadesyprocesoscon requerimientosmsalldelacapacidadhumana[24].Sinembargo,encontrasteconesta 13 idea,existenalgunasconsecuenciasnegativasydesventajasasociadasalaautomatizacin. Elaugedelosmecanismosyprocesosautomatizadoshageneradounaespeciede dependencia tecnolgica en el ser humano promedio, quien ahora debe destinar mayores sumasdedineroalaboresdereparacin,mantenimientoyactualizacindeequipos,as comolidiarconlasconsecuencias(enalgunoscasosgraves)deeventualesfallasdelos mismos. [25] Algunos autores sostienen queel uso creciente de mquinas en reemplazo del hombre para algunas actividades ha ocasionado la desaparicin de puestos de trabajo e incrementos en los ndices de desempleo a lo largo de los aos, en particular entre aquellos sectores de la poblacin que estn menos preparados y especializados [26]. Otros, por su parte, sealan que la industria de la automatizacin genera ms puestos de trabajo de los que elimina, en particular en la fabricacin, venta y mantenimiento de sistemas y equipos automatizados, y que la mayora de los trabajadoresson desplazados a otros puestos de trabajo dentro de la industria, en lugar de ser despedidos. [27] 2.1.1.Automatizacin industrial Enelmbitoindustrial,laautomatizacincomprendeunconjuntodetcnicasque involucranlaaplicacineintegracindesistemasindustrialescapacesdeejecutartareas repetitivas,supervisarycontrolaroperaciones,yenalgunoscasos,tomarlasdecisiones pertinentesparapropiciareldesarrolloptimodelosprocesosdentrodelascadenasde produccin, almacenamiento y distribucin, as como los diferentes servicios ofrecidos a los clientes por parte de las fbricas, empresas y proveedores. [22] Mediante la implementacin de sistemasautomatizados en la industria, se logra, entre otras cosas: Incrementarlaproductividaddelaempresa,mejorandolacalidaddesusprocesosy reduciendo los costos de produccin. Mejorarlascondicionesdetrabajodelpersonal,dignificandoelempleoe incrementando la seguridad. 14 Simplificar las operaciones de mantenimiento Integrar eficazmente los procesos de produccin y gestin. 2.1.2.Arquitectura de automatizacin industrial Se entiende por arquitectura al conjunto deelementos que conforman la plataforma de automatizacinindustrialdeunprocesodado,susinterrelacionesylosprincipios, lineamientos, polticas, estndares y reglas de diseo que guan la ingeniera (planificacin, seleccin,construccin,implantacin,operacinymantenimiento)delosmismos.La arquitectura estar condicionada a la orientacin del negocio y la orientacin tecnolgica de cada empresa [28]. La Figura 2.1 presenta una representacin grfica de este concepto. Figura 2.1. Arquitectura de automatizacin industrial. [28] 15 Comoyasehamencionadoenlneasanteriores,laarquitecturadeautomatizacin industrial comprende una gran variedad de componentes, los cuales poseen requerimientos particulares asociados a disciplinas especficas. Para facilitar la visualizacin y definicin de la arquitectura, sta puede ser dividida en varias reas de conocimiento puntuales, a saber [28]: Infraestructura:Serefierealaplataformadeequipos,dispositivosdecampo, controladores,instrumentacin,cableado,redesyservidoresdeaplicacionesde procesos, los cuales deben interactuar de manera coordinada y efectiva para garantizar lasoperacionesyelmanejoadecuadodelasvariablesdelprocesoindustrialen cuestin. Integracin:Definelosmecanismosatravsdeloscualesloscomponentesdela arquitectura,generalmentedistribuidos,puedencomunicarse,interactuarycompartir datossinimportarellugarenelqueresidan;comprendebusesdecampoentiempo real y servicios de integracin en general. Aplicaciones:Englobatodolorelacionadoaldesarrollodelasherramientas computacionales que permiten la gestin y el control de procesos industriales, as como el soporte a los constantes cambios del negocio y de las tecnologas. Visualizacin: Comprende los mecanismos y dispositivos que permiten la comunicacin entre los operadores humanos y los elementos de control y supervisin de los procesos, desdeinterfaceshombre-mquina,hastaaplicacionesycomponentesdecontrolen tiempo real. Seguridad: Abarca el diseo, implantacin, monitoreo y aseguramiento de los sistemas decontroldeprocesosindustrialesydemsdispositivosasociados,segnlosniveles requeridosdeconfidencialidad,integridadydisponibilidaddelainformacin.Incluye mecanismos de administracin de cuentas, antivirus y firewalls, entre otros. Soporte y Mantenimiento: Se refiere a la identificacin y solucin de problemas con un mnimoimpactoenlosprocesosyvelandoporlacontinuidad,enlamedidadelo posible, de los mismos. 16 Datos: Define los formatos, tipos, relaciones y esquemas de flujo de datos de proceso a travsdelosdistintoselementosqueconformanlaarquitectura,medianteelusode mecanismos que permitan garantizar la integridad y calidad de los mismos. LaFigura2.2muestraunarepresentacingrficadelasreasdeconocimientoque conforman la arquitectura de automatizacin y los elementos comprendidos en cada una de ellas. Figura 2.2. reas de conocimiento de la arquitectura de automatizacin industrial. [28] Independientementedelaarquitecturautilizada,laautomatizacindebepermitirla implantacindeunsistemacapazderealizarexitosamentelaadquisicin,controly supervisin de todos los elementos, procesos y serviciosllevadosa cabo por las empresas, fbricaseindustriasengeneral,haciendoposibleyfcilparaelpersonalencargadola monitorizacin de los procesos y sus variables de inters. En este sentido, la automatizacin debe proveer una infraestructura que permita cubrir todas las fases y aspectos del proceso 17 productivoafindelograrunincrementodelaproduccinalmismotiempoquese mantienen o reducen los costos asociados. [22] 2.2.Seguridad en la industria de procesos Enlaindustriadeprocesosescomnencontraraplicacionesconunciertonivelde peligrosidad.Elprocesamientodematerialestxicos,inflamablesoexplosivos,en condiciones particulares de presin o temperatura, acarrea riesgos que, de no ser atendidos adecuadamente, podran resultar en consecuencias que van desde daos a bienes, activos e instalacionesindustriales,pasandoporlesionesasereshumanosyelambiente,hasta eventos catastrficos con numerosas fatalidades [1]. En esta clase de procesos la seguridad delaspersonas,lasinstalaciones,losequiposyelambientecobraunaimportancia fundamental, para lo cual se debe tomar las medidas y ejercer las acciones a que haya lugar. 2.2.1.Sistemas Instrumentados de Seguridad Entendiendoelriesgocomolamedidadelpotencialdelesioneshumanas,dao ambientaloprdidaseconmicas,entrminosdelamagnituddelasmismasysu probabilidad de ocurrencia[29], es natural pensar que el resguardo de la integridad de los actoresinvolucradosenunprocesoindustrialcomprendenecesariamentelareduccinde todoslosriesgosasociadosadichoprocesohastaunnivelconsideradotolerableparala aplicacinparticular.Enestesentido,losSistemasInstrumentadosdeSeguridad(Safety InstrumentedSystem,SIS)tienenlafuncindellevaracabolasfuncionesnecesarias, generalmentellamadasFuncionesInstrumentadasdeSeguridad(SafetyInstrumented Function,SIF),paramanteneralprocesoindustrialenunestadosegurodurantelamayor cantidaddetiempoposible,demaneratotalmenteseparadaeindependientedecualquier sistema de control de proceso que est presente en la instalacin. [2] Los Sistemas Instrumentados de Seguridad vienen en muchas formas, configuraciones y nivelesdecomplejidad;sinembargo,todostienenencomnunaestructuragenricaque 18 constadelossiguienteselementos:dispositivossensores,capacesdedetectarcondiciones anormalesysituacionesderiesgoasociadasalosprocesosencuestin;unoovarios procesadoreslgicos(logicsolver),encargadosdeejecutarenconjuntolassecuencias lgicas y tomar las decisiones necesarias deacuerdo a la informacin suministrada por los sensores;yelementosfinalesdecontrol,responsablesdirectos(fsicos)delaejecucinde las Funciones Instrumentadas de Seguridad segn corresponda [30]. Tal como lo muestra la Figura 2.3, los Sistemas Instrumentados de Seguridad coexisten con los Sistemas Bsicos de ControldeProcesos(Basic Process Control System,BPCS)implementadoseninstalaciones industriales. Figura 2.3. Estructura bsica de un Sistema Instrumentado de Seguridad. [31] 19 2.2.1.1.Modos de operacin Deacuerdoalafrecuenciadedemandas(situacionesdepeligroaatender)quereciba enunintervalodetiempodado,unSistemaInstrumentadodeSeguridadpuedeoperaren una de dos modalidades claramente delimitadas: [30] Modo debajademanda:Cuandolafrecuenciadedemandasdeoperacinnoesmayor que una por ao y no es mayor que el doble de la frecuencia de las evaluaciones (tests) de prueba Modo continuo o de alta demanda: Se llama as al esquema de operaciones en el que el SistemaInstrumentadodeSeguridadatiende,enpromedio,msdeunademandapor ao. 2.2.1.2.Modos de falla UnSistemaInstrumentadodeSeguridadconstituyeunaplataformadeproteccinen permanente estado de vigilancia, aparentemente inactivo pero ininterrumpidamente atento yexpectante.Naturalmente,antecualquiersituacindepeligro,seesperaqueel procesadorlgicodelSISpuedainterpretardemaneraadecuadalassealesdepeligro detectadasporlossensores,yenviarlassealesdeaccionamientocorrespondientesalos elementosfinalesdecontrol.Noobstante,delamismamanera,seesperaqueelSISno perturbelaoperacinnormaldelaplantacuandonoesnecesario.SielSISno operadela maneraesperadadeacuerdoalascircunstancias,sediceentoncesquehaentradoenun modo de falla, el cual, de acuerdo a la situacin, puede ser uno de los siguientes: [32] Fallaporiniciacinoporaccionamientoespurio(nuisance trip):OcurrecuandoelSIS activalasecuencialgicadeproteccindelprocesodemanerainnecesaria(espuria), sinquehayaexistidodemandaosituacindepeligroalguna.Engeneralnotiene consecuenciasnegativasparalaseguridaddelosactoresinvolucradosenelproceso; sin embargo, una parada espuria de la instalacin supone una reduccin innecesaria de la produccin, con las repercusiones econmicas que ello acarrea. 20 Fallaporinhibicin(inhibited failure):ElSISrecibeunaverdaderademandapero,por algn defecto o anomala interna, es incapaz de ejecutar las Funciones Instrumentadas de Seguridad correspondientes, dejando efectivamente al proceso sin proteccin frente alriesgoinminente.Tambinseconocecomofallaendemanda(failure on demand)y representaunacondicingrave,difcildedetectaratiempoporlosoperadoresdel sistema, que debe ser evitada a toda costa. Se puede reducir la probabilidad de que un equipo falle pero nunca evitar la posibilidad absolutadequeestosuceda[32].Anteestarealidad,lasituacinmenosindeseablees, indiscutiblemente,queelSISlleveelprocesoaunestadosegurosiempre,inclusocuando falle.Estacaracterstica,imprescindibleentodoSistemaInstrumentadodeSeguridad moderno, recibe el nombre de fail-safe (seguro en fallas). En aquellos casos en los que las fallasespuriassonespecialmenteindeseables(porejemplo,cuandosuponengrandes prdidas econmicas o de produccin), se recomienda optar por un SIS capaz de continuar llevando a cabo las funciones requeridas aun en presencia deanomalas o errores; cuando es as, se dice que el SIS es tolerante a anomalas (fault-tolerant). [30] 2.2.1.3.Sistemas de Parada de Emergencia Una forma particular de Sistemas Instrumentados de Seguridad, ampliamente utilizada actualmenteenlaindustriadeprocesos,sonlosllamadosSistemasdeParadade Emergencia(Emergency Shut-Down, ESD).Talcomosunombreloindica,antelapresencia de cualquier condicin de peligro, un Sistema ESD ejecuta efectivamente una nica Funcin Instrumentada de Seguridad: Detener por completo la operacin de la planta hasta que sea solventadalasituacinderiesgo.LosSistemasdeParadadeEmergenciasuelenserde composicinsencillayrespuestarpida.Algunossonimplementadosconsimplesarreglos de dispositivos de accionamiento electromecnico (como, por ejemplo, rels) [33]; otros, de mayorcomplejidad,estnbasadosentecnologasmsespecializadascomoControladores Lgicos Programables (Programmable Logic Controller, PLC). 21 2.2.2.Estndares de Seguridad Industrial Unalargaypenosahistoriadecatstrofesocurridasenprocesospeligrosos, insuficientementeprotegidospordesconocimientoy/oexcesodeconfianza,omal protegidosporlaaplicacindetcnicasincorrectas,generlanecesidaddeemitirun paquetederecomendaciones,lascualesposteriormentetomaranlaformadenormasy estndares de uso obligatorio, para cubrir el mbito de la seguridad en aplicaciones para la industria de procesos. [32] LaComisinElectrotcnicaInternacional(InternationalElectrotechnicalCommission, IEC), una organizacin dedicada a la preparacin y publicacin de normas y prcticas en las reasdeelectricidad,electrnicaytecnologasrelacionadas[34],desarroll,apartirde 1998,elestndarIEC61508,tituladoFunctionalSafetyofElectrical/Electronic/ ProgrammableElectronicSafety-relatedSystems(SeguridadFuncionaldeSistemasde Seguridad Elctricos / Electrnicos / Electrnicos Programables). Este estndar determina especificaciones,requerimientosymetodologasparaalcanzarlaseguridadfuncional (entendidacomoelcomponentedelaseguridadgeneralquedependedeladecuado funcionamientodelossistemasyequiposdeacuerdoalainformacinquestosreciben [35]) de sistemas de seguridad basados en tecnologa elctrica, electrnica y/o electrnica programable(E/E/PE).Setratadeunestndarglobalquepuedeserutilizadocomo referencia para la elaboracin de especificaciones, para el diseo y la operacin de Sistemas InstrumentadosdeSeguridad,independientementedelaaplicacinquesepretenda atender. [1] PosteriormentefuepublicadoelestndarIEC61511,tituladoFunctionalSafety SafetyInstrumentedSystemsfortheProcessIndustrySector(SeguridadFuncional SistemasInstrumentadosdeSeguridadparaelSectordelaIndustriadeProcesos)[36]. Comosunombreloindica,elestndarIEC61511noesmsqueunaadaptacindel estndar IEC 61508, con terminologas y otros detalles tcnicos adecuados a la industria de procesos.Concretamente,IEC61511presentalasmejoresprcticasparallevaracabo exitosamente la planificacin, implementacin y operacin de Sistemas Instrumentados de Seguridadenplantasdeprocesosindustriales[1].Estanorma,aligualqueIEC61508,ha sidoadoptadaenvariospases.Enparticular,enEstadosUnidos,esutilizadabajouna 22 denominacindiferente,otorgadaporelInstitutoNacionaldeEstndaresANSI(American NationalStandardsInstitute)enconjuntoconlaSociedadInternacionaldela Automatizacin(InternationalSocietyofAutomation,ISA):ANSI/ISA84.00.01-2004(IEC 61511 mod). [33] Los estndares IEC 61508 e IEC 61511 definen un parmetro de suma importancia a la horadeseleccionarelSistemaInstrumentadodeSeguridadmsadecuadoparauna aplicacin especfica. El Nivel de Integridad de Seguridad (Safety Integrity Level, SIL) es una medidadelaprobabilidaddequeunaFuncinInstrumentadadeSeguridadespecficasea ejecutada exitosamente por un SIS cuando as sea requerido [1]. La probabilidad a la que se hace referencia se conoce con el nombre de Probabilidad de Falla en Demanda (Probability of Failure on Demand, PFD) y se refiere a la ocurrencia de fallas por inhibicin que podran impedirlaejecucindelaFuncinInstrumentadadeSeguridadencuestinduranteun intervalo de tiempo dado. Cada Funcin Instrumentada de Seguridad tiene asociado un nivel SIL especfico, el cual puede tomar nicamente los siguientes valores: [32] SIL1:EselNiveldeIntegridadmsbajoposible.CorrespondeaunaProbabilidadde Falla en Demanda entre 10-5 y 10-6 para la ejecucin de una Funcin Instrumentada de Seguridad puntual. El nivel de riesgo es considerado relativamente bajo en aplicaciones con este Nivel de Integridad. SIL2:Asociadoanivelesderiesgomedios,correspondeaunaPFDquepuedetomar valores entre 10-6 y 10-7. SIL3:GeneralmenteasignadoaFuncionesInstrumentadasdeSeguridadasociadasa condicionesdealtoriesgo.ElvalordePFDasociadoaesteNiveldeIntegridadde Seguridad puede estar ubicado entre 10-7 y 10-8. SIL4:SetratadelNiveldeIntegridadmsalto,reservadoexclusivamentepara aplicacionesindustrialesconrequerimientosdeseguridadaltamenteespecializados, talescomolasinstalacionesnuclearesyaeroespaciales.SignificaunaProbabilidadde Falla en Demanda inferior a 10-8. 23 Engeneral,previoaldiseoolaseleccindeunSistemaInstrumentadodeSeguridad paraunaaplicacinindustrialespecfica,esnecesariorealizarunanlisisdetalladoy profundo de la instalacin y el proceso, que comprende la identificacin y la cuantificacin de todos los riesgos inherentes a los mismos, de acuerdo a su probabilidad de ocurrencia y alamagnituddesusconsecuencias.Unavezhechoesto,esposibleespecificarelconjunto deFuncionesInstrumentadasdeSeguridadquedebenserimplementadasparallevara cabo la reduccin, hasta niveles tolerables, de todos los riesgos anteriormente identificados, as como el Nivel de Integridad SIL necesario parala ejecucin satisfactoria de cada una de ellas. En todo caso, el nivel SIL de cada Funcin Instrumentada de Seguridad depender del nivel de riesgo tolerable establecido para la aplicacin particular (o dicho de otra forma, de lareduccinderiesgonecesariaparaalcanzardichonivel).ElSistemaInstrumentadode Seguridadaimplementardebersercapaz,entonces,deproporcionarunnivelSILigualo superioralnivelSILmsaltoasignadoalasFuncionesInstrumentadasdeSeguridad.Es precisodestacarque,paraladeterminacindelosrequerimientosdeintegridadde seguridaddelSIS,sedebetomarencuentaelaportedecualquierotroequipoosistema auxiliardeproteccinqueopereconjuntamenteconl,ascomolaparticipacinde operadoreshumanosenelmonitoreoysupervisindevariablescrticasdelproceso[32]. Adicionalmente, de acuerdo a las caractersticas particulares de la aplicacin en estudio y a lasrepercusionesquetraeralareduccin(oelcese)delasoperacionesdelainstalacin porunaccionamientoespuriodelSIS,sedeterminasielmismopuedesersloseguroen fallas (fail-safe), o si debe tambin ser tolerante a anomalas (fail-safe / fault-tolerant). La ingeniera del sistema en su totalidad, incluyendo lo correspondiente a la instalacin deloselementosdecampo(sensoresyelementosdecontrol)ylainstalacin, programacinypuestaenmarchadelprocesadorlgico,deberserejecutadadetal maneraquequedegarantizadodemanerainequvocaelniveldeintegridadSILdecada Funcin Instrumentada de Seguridad. [37] 24 2.2.3.Controladores Lgicos Programables UnAutmataoControladorLgicoProgramable(PLC)puedeserdefinidocomouna mquinaelectrnicadiseadaparallevaracabo,entiemporealyenmediosindustriales, procesossecuencialesdecontrolysupervisin[38].LosPLCshanexperimentadouna evolucin significativa desde sus primeros das, llegando a convertirse en la actualidad en la insigniadelaautomatizacinindustrialalrededordelmundo.Hoyenda,sonequipos electrnicoscomplejosbasadosenmicroprocesadoreseinterfacesdeentradaysalida, encargados de recibir seales provenientes dediversos transmisores y sensores, y a la vez enviar seales de control para comandar actuadores, regulando de esta manera un sinfn de procesos industriales de distinta ndole. [39] LarelacinentrelassealesdeentradaylasdesalidadeunControladorLgico ProgramablevienedadaporunaFilosofaLgicadeControldeterminada,lacuales desarrolladamedianteelusodelenguajesdeprogramacindealtoniveldiseados especficamenteparaaplicacionesdecontrolindustrial.Esteprocesoderecibirseales, procesarlas,tomarlasdecisionesadecuadasygenerarlassealesdesalida correspondientes,generalmenteletomaaunPLCunoscuantosmilisegundos,loque suponeunareduccinconsiderabledelostiemposderespuestadelsistemaantela ocurrenciadeunafallaosituacinirregular,enrelacinconotrosesquemasdecontrol como,porejemplo,losbasadosenarreglosdedispositivosdeaccionamiento electromecnico. [40] 2.3.1.Historia de los Controladores Lgicos Programables ElorigendelosPLCsseremontaafinalesdeladcadade1960.Lasindustriasque propiciaron este desarrollo fueron las del rea automotriz, las cuales, para entonces, usaban sistemasdecontrolymanufacturabasadosenteramenteenrels,contadoresy controladores dedicados. Este esquema generaba grandes dificultades y costos asociados a lahoradeemprenderlaactualizacindelaplataformadecontroldedichasinstalaciones, por cuanto se trataba de un trabajo muy largo y tedioso (muchos de estos sistemas estaban 25 constituidospormilesderels)quedebaserejecutadoporpersonalaltamente especializado.Anteestasituacin,yconelobjetivofundamentaldereducircostos,GM Hydramatic,ladivisindetransmisionesautomticasdeGeneralMotors,ofertun concursodepropuestasparaelreemplazo,pordispositivoselectrnicos,delcomplejo sistemadecontrolcableado.BedfordAssociatespropusoundispositivollamado ControladorDigitalModular084(ModularDigitalController084)algranfabricantede coches.ElControladorDigitalModulareventualmenteseconvertiraenelprimer ControladorLgicoProgramabledelmundoenserproducidocomercialmente,yBedford Associatescreunanuevacompaadedicadaaldesarrolloylacomercializacindetan exitosoproducto:Modicon(enhonoralnombreoriginaldeldispositivo,MOdularDIgital CONtroller) [38]. Con el tiempo, el uso de los PLCs se extendera hacia las dems industrias. Los primeros PLCs se usaron solamente como reemplazo de sistemas basados en rels, porloquesucapacidadsereducanicamentealcontrolOn/Off(dedosposiciones)en mquinas y procesos industriales. De hecho, en algunas aplicaciones actuales an se les da eseuso.Posteriormente,entradaladcadade1970,eldesarrollodelatecnologadelos microprocesadores agreg facilidad, inteligencia y funcionalidades adicionales a los PLCs, lo cualsetradujoenunnotorioincrementoenlacapacidaddecomunicacinconlos operadores (a travs de interfaces), desarrollo de programas, gestiny almacenamiento de datos,implementacindelazosdecontrolProporcional-Integral-Derivativo(PID),usode herramientasvisuales,entreotros[41].Simultneamente,eldesarrollodeprotocolosde comunicacin hizo posible la interaccin con otros PLCs y dems sistemas industriales.Los autmatasprogramablesseconvirtieron,pocoapoco,enlasherramientaselectrnicas flexibles y verstiles que son hoy. [38] 2.3.2.Estructura y funcionamiento bsico de un PLC LaarquitecturabsicadeunControladorLgicoProgramableesbastantesimilarala deuncomputadorpersonalordinario.Cualquierautmataprogramableactualdebeestar constituido, al menos, por: [38] [41] 26 Una unidad central de procesamiento de informacin (Central Processing Unit, CPU) que seencargadelosclculoslgico-aritmticos,lamanipulacindeinformacinyla ejecucin de rutinas de diagnstico del sistema. Unaunidaddememoriaquehaceposibleelalmacenamientodetodalainformacin necesaria (datos, instrucciones, rutinas del procesador, etc.). Una fuente de alimentacin que suministra energa para el funcionamiento adecuado de todos los elementos del sistema. Mdulosdeentradaysalida,concapacidadparamanejarsealesanalgicasy/o digitales, segn sea el caso. Unmdulodecomunicacionesquepermitelainteraccinyelintercambiode informacin con otros dispositivos y sistemas relacionados. AlgunosPLCsposeen,adems,mdulosadicionalesparalaimplementacinde funciones especiales como, por ejemplo, lazos de control PID. [41] En general, la armadura externa de un PLC es relativamente robusta dado que tiene que soportarsituacionesindustrialesque,enalgunoscasos,podranllegaraserextremas.Adicionalmente, es comn ver diferencias notables entre los terminales de entrada y salida, de manera de facilitar a los operadores su identificacin y distincin. [38] LosPLCspuedenvenirenunformatocompacto,enelquecomprendentodasu arquitecturaenunasolacarcasa,obienpuedensermodulares,encuyocasocada componentefuncionalestseparadofsicamentedelosdemsylasinterconexionesson realizadas a travs de cables, conectores especiales o un chasis comn [38]. La presentacin del PLC generalmente depende de la aplicacin industrial para la que ha sido diseado. 2.3.3.Ventajas, desventajas y aplicaciones de los PLCs Losautmatasprogramables,participantesdirectosenmuchasdelasaplicacionesde controlautomatizadodehoyenda,hantradograndesbeneficiosalaindustria.Sibien 27 cadamodelodePLCesdiferentedelosdems,todos,engeneral,presentanlassiguientes ventajas: [38] [41] Permiten la elaboracin de proyectos en intervalos de tiempo ms reducidos. Puedenserprogramadosagustodelconsumidor,locualloshacevirtualmente adaptables a cualquier requerimiento. Hacenposiblelarealizacindemodificacionesalaestructura,losprogramasylos lineamientos de control, sin costos adicionales en la mayora de los casos. Porsuscaractersticasdediseo,generalmenterequierenunmnimoespaciode ocupacin. Son de fcil y rpida instalacin, expansin, mantenimiento y desinstalacin. Permitenprescindirdegrandescantidadesdecableado,locualreducecostosy problemas asociados a ruido elctrico. Soncapacesdeestablecercomunicacinefectivaconotrosdispositivos,sistemasde control y supervisin como, por ejemplo, sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition, Control Supervisor y Adquisicin de Datos). Porotrolado,losPLCspresentanalgunasdesventajas,entrelascualessepuede mencionar: [38] [39] El elevado costo que pueden alcanzar estos equipos. Lanecesidaddepersonalespecializadoparalaslaboresdeprogramacin,operaciny mantenimiento. Lasensibilidadacondicionesambientalesoindustrialesextremasquepodranafectar su funcionamiento. La posibilidad de que mltiples mdulos y seales de entrada/salida se vean afectadas por una sola falla en el sistema. 28 Decualquiermanera,sibienpresentanalgunascaractersticasdesfavorables,los ControladoresLgicosProgramablessiguenrepresentandoungigantescoavanceen relacin con los sistemas cableados basados en dispositivos discretos. EntrelasmltiplesreasdeaplicacinquehacenusodeControladoresLgicos Programablesenlaactualidad,sedestacan:lasindustriasdelplstico,vidrio,muebley madera,automotrices,aireacondicionadoycalefaccin,almacenamientoytransporte, plantasembotelladoras,instalacionesdetratamientostrmicos,azucareras,arenay cemento,distribucinymonitoreodeenergaelctrica,seguridad,industriapetroleray petroqumica. [38] CAPTULO 3 DESCRIPCIN DE LA PLANTA 3.1.El Complejo Jusepn ElComplejoOperativoJusepnesunaunidaddeplantasubicadaenlareginnor-occidentaldelEstadoMonagas,a2kilmetrosdelalocalidaddeJusepn[42],talcomolo muestra la Figura 3.1. En este Complejo se procesanaproximadamente 450 mil barriles de petrleo diarios (BPD) provenientes de los yacimientos en el campo El Furrial, as como el gas y el agua asociados a los mismos. [6] Figura 3.1. Localizacin geogrfica del Complejo Operativo Jusepn. [6] COMPLEJO JUSEPN 30 El Complejo Jusepn est conformado por las siguientes instalaciones: Estacin Principal Jusepn 2 (EPJ-2): Est constituida por ocho mdulos de produccin enloscualesseseparaelcrudodelgasnaturalasociado,parasuposterior deshidratacin. [42] Recuperacin Secundaria de Oriente (RESOR): Es una planta de inyeccin de agua para la recuperacin secundaria de petrleo en los yacimientos del campo El Furrial. [43] Sistema de Aguas Efluentes Norte (SAEN): Lleva a caboel tratamiento fsico y qumico delasaguasefluentesdedistintosprocesosdelComplejo,mediantelaaplicacinde productoscoagulantesyfloculantes,parasuposteriorinyeccinalosyacimientos Naricual,CretceoyJusepn,conlafinalidaddemantenerlapresindetrabajo necesaria para optimizar el factor de recuperacin de los mismos. [43] Planta Compresora Jusepn: Constituida por ocho unidades individuales de compresin ycuatrorecuperadorasdevapor[6],sufuncinprincipaleselevarlapresindelgas natural para optimizar las labores y condiciones asociadas al tratamiento, el transporte y la distribucin del mismo. Planta de Extraccin de Lquidos Jusepn: Recibe corrientes de gas procesado por otras instalacionesdelComplejoyllevaacabolaextraccindeLquidosdelGasNatural (LGN)paralaposteriordistribucindelosmismos.AntiguamentellamadaPlantade AcondicionamientodeGas(ACOGAS),esunadetanslotresplantasdeextraccinde LGN que existen en todo el territorio nacional. [44] 3.2.Miniplantas Compresoras Jusepn LasMiniplantasCompresorasJusepn3,4y5(MPJ3,4y5)sontresdelasocho unidades de compresin que forman parte de la Planta Compresora Jusepn. Se trata de tres unidadesidnticasentresqueprocesangasnaturalasociadodemediapresin proveniente de los mdulos de produccin, la descarga de los compresores C-1 y C-2 de la unidaddecompresinPCJ-2(PlantaCompresoraJusepn2)ylasrecuperadorasdevapor del Complejo. [45] 31 Entendiendo al conjunto de las tres Miniplantas como unasola instalacin, la misma se encuentra dividida en cuatro zonas funcionales, a saber: Tres trenes de compresin (cada uno correspondiente a una Miniplanta), junto con sus sistemas y equipos auxiliares asociados. Como ya se ha mencionado anteriormente, las tres Miniplantas son de composicin y estructura idnticas, de manera que, en igualdad de condiciones, cada corriente de gas (considerando una corriente por cada Miniplanta) recibeexactamenteelmismoprocesamiento.Elprocesodecompresindegases llevadoacaboendosetapas;especficamente,cadatrendecompresinconstadedos compresores centrfugos acoplados a un mismo eje, el cual es movido por un arreglo de motor elctrico y turboacoplador. [46] reaComn:Eselespaciofsicoenelcualseencuentranloscaonesdesucciny descargadelastresMiniplantas.Aqu,elgasquefluyehacialainstalacinrecibeun procesamientoinicialantesdeserdistribuidoydirigidohacialostrenesde compresin. La Figura 3.2 muestra una imagen de rea Comn. Figura 3.2. rea Comn de las Miniplantas Compresoras Jusepn. [47] 32 3.2.1.Estructura de la Instalacin Cada Miniplanta est conformada por los siguientes equipos e instrumentos: [45] Motor elctrico Turboacoplador Compresor centrfugo de primera etapa Compresor centrfugo de segunda etapa Depurador de succin o de primera etapa Depurador inter-etapa Depurador de descarga Enfriadores de gas de primera etapa Enfriadores de gas de descarga Enfriadores de aceite de sellos Enfriadores de aceite lubricante Sistema de suministro de aceite de sellos Sistema de suministro de aceite lubricante Sistema de inyeccin anti-corrosin Sistema de deteccin de fuego y gas Sistema contra incendios Asimismo,cadaMiniplantacuentaconunacabinadecontrolenlacualseencuentran los siguientes sistemas: Controlador Lgico Programable (Programmable Logic Controller, PLC) de Proceso Sistema de Parada de Emergencia Sistema de alimentacin elctrica 33 Por su parte, en el rea Comn se encuentran instalados los siguientes equipos: Depurador general de succin (Slug Catcher) Despojador de lquidos (K.O. Drum) Gra puente Sistema de alivio de gas Sistema de desalojo de lquidos Sistema de aire comprimido De maneraanloga a las Miniplantas, el rea Comn cuenta con una cabina de control que consta de los siguientes elementos: Sistema de control de carga Sistema de instrumentacin y control del depurador general de succin Sistema de instrumentacin y control del despojador de lquidos 3.2.2.Sobre la codificacin y numeracin de instrumentos y seales LacodificacindesealeseinstrumentosdelasMiniplantasfuellevadaacabo siguiendo el Procedimiento PDVSA N L-TP 1.1, Preparacin de Diagramas de Proceso, del Manual de Ingeniera de Diseo de la empresa. [48] DadoquelastresMiniplantas(especficamente,lostrestrenesdecompresin)son idnticasenestructuraycomposicin, lassealeseinstrumentosasociadosacadaunade ellasposeencdigosoetiquetas(tags)muysimilaresentres,enlamayoradeloscasos con diferencias en tan slo un nmero o letra de los mismos. Para facilitar la identificacin y cualquier referenciaa los distintos componentes de las Miniplantas,en el presente trabajo sehaadoptadoelusodelaletraXcomoauxiliarentodosloscdigosdesealese instrumentospertenecientesalostrenesdecompresin.Cuandosehagareferenciaalas MiniplantasCompresorascomounconjunto,seincluirlaletraXenloscdigosdelos 34 componentes(ejemplos:X0-K-01,X0-ER-02,etc.).Encambio,cuandosedeseehacer referenciaainstrumentososealesasociadosaunaMiniplantaespecfica,laXser sustituidaporelnmerocorrespondientealaMiniplantaencuestin:X=3parala MiniplantaMPJ-3,X=4paraMPJ-4,yX=5paraMPJ-5.As,porejemplo,elcdigodel depurador de succin de MPJ-3 es 30-S-01, mientras que el cdigo del mismo depurador en MPJ-4 es 40-S-01, y el cdigo 50-S-01 corresponde, naturalmente, al depurador de succin presente en MPJ-5. El uso de X ha permitido, en el pasado, la elaboracin de documentos unificados, tales comoDiagramasdeTuberaeInstrumentacin(DTI)ylistadosdeseales,comunesalas tresMiniplantas,locualhafacilitadoenbuenamedidalaslaboresdedocumentaciny estudio de las mismas. 3.2.3.Descripcin del Proceso La Figura 3.3 muestra un diagrama de flujo simplificado del proceso llevado a cabo por las Miniplantas Compresoras. Todaslascorrientesdegasqueingresanalainstalacinconvergen,aunapresin aproximadade120psig(poundspersquareinchgauge,librasporpulgadacuadradade manmetro)ya unatemperaturaaproximada de100F(gradosFahrenheit)[45],oloque es lo mismo, a 0,0174Pa y 310,93K, hacia un can comn que entra al depurador general desuccin(Slug Catcher)10-V-01,ubicadoenreaComn.ElSlug Catcherseencargade separar los lquidos y condensados de arrastre del flujo de gas que ingresa a la instalacin. El gas seco sale del depurador hacia un cabezal comn, y luego es distribuido de manera equitativahacialasMiniplantasatravsdetrescabezalesdesuccin(unoparacada Miniplanta). A partir de este momento son procesadas, de manera idntica, tres corrientes separadas de gas. 35 Figura 3.3. Diagrama de Flujo del Proceso llevado a cabo en las Miniplantas. [6] YaencadaMiniplanta,elgaspasadelcandesuccinhaciaeldepurador desuccin X0-S-01 para una nueva separacin de lquidos y condensados. A continuacin, el gas, an a 120psig (0,0174Pa), es dirigido hacia el compresor centrfugo X0-K-01, el cual lleva a cabo laprimeraetapadelprocesodecompresin.Elgassaledeestecompresora500psig (0,0725Pa)y260F(399,82K)yesinmediatamentedirigidohacialosenfriadoresdegas inter-etapaX0-ER-01,loscualesreducensutemperaturahasta110F(316,48K) manteniendolamismapresindeentrada.Seguidamente,elflujodegasingresaal depurador inter-etapa X0-S-02, dentro del cual es separado cualquier cantidad de lquidos o condensados que pueda haberse formado a raz del enfriamiento del gas comprimido. De la salida del depurador inter-etapa, el gas es enviado hacia el compresor centrfugo X0-K-02.Enesta,lasegundaetapadecompresin,lapresindelgaseselevadahasta 1300psig(0,1885Pa);sinembargo,comoconsecuenciadelprocesodecompresin,la temperaturadelgasasciendenuevamentehasta260F(399,82K),porloqueesdirigido hacia los enfriadores de descarga X0-ER-02. Luego de ser enfriado por segunda vez, el flujo 36 de gas, ahora a 1300psig(0,1885Pa) y 110F (316,48K) [49], pasa por una ltima etapa de separacin de lquidos y condensados en el depurador de descarga X0-S-03. Finalmente,lastrescorrientesdegasprocesadasporlasMiniplantasconvergenhacia uncabezalgeneraldedescargaysondirigidashaciaelSistemadeDistribucindeGas. Desdeestelugar,elgaspuedeserenviadoavariosdestinos,entreloscualescabe mencionar: [45] Planta de Extraccin de Lquidos Jusepn Complejo Gasfero Muscar Zona Industrial de Maturn (ZIMCA) Planta de Inyeccin de Gas Furrial (IGF) Pozos Inyectores de Gas Jusepn EncadaMiniplanta,loslquidosycondensadosacumuladoseneldepuradorde descargaX0-S-03sonrecirculadoshaciaeldepuradorinter-etapaX0-S-02,elcualasuvez los descarga en el Slug Catcher 10-V-01. Los lquidos y condensados aqu acumulados, junto conlosacumuladosenlosdepuradoresdesuccinX0-S-01,sonenviadoshacialos separadores trifsicos ST-4 y ST-5 de los mdulos de produccin en EPJ-2. [45] LaFigura3.4muestraundiagramadebloquessimplificadoenelquesepuede identificar los equipos ms importantes involucrados en el proceso aqu descrito. 37 Figura 3.4. Diagrama de bloques de las Miniplantas Compresoras Jusepn. 38 3.2.4.Flexibilidades de operacin de la planta En su implementacin original, hace aproximadamente veinte aos [7], cada Miniplanta eracapazdeprocesar45millonesdepiescbicosnormalesdiarios(MMPCND)degas natural,loquesignificabauntotalde135MMPCNDparalainstalacinensuconjunto.Sin embargo, como consecuencia de modificaciones y mejoras posteriores a la instalacin [6], la capacidaddeprocesamientonominaldecadaMiniplantahaascendidohasta aproximadamente 50MMPCND hoy en da, con lo que se logra una capacidad total conjunta de 150MMPCND de gas natural para la instalacin en condiciones operacionales normales. Lamximacapacidaddeprocesamientoposibleregistradahastalafechaesde 165MMPCND de gas, 55MMPCND por cada Miniplanta. [45] LasTablas3.1hastala3.8presentanlosvaloresnominalesyloslmitesdeoperacin segura de los principales equipos que forman parte de la instalacin. Tabla 3.1. Depurador General de Succin (Slug Catcher) 10-V-01. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Flujo de gas (MMPCND)135150165 Presin de succin y descarga (psig / Pa)100 / 0,0145120 / 0,0174130 / 0,0189 Temperatura de succin y descarga (F / K)90 / 305,37100 / 310,93120 / 322,04 Tabla 3.2. Depuradores de Succin X0-S-01. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Presin de succin y descarga (psig / Pa)100 / 0,0145120 / 0,0174140 / 0,0203 Temperatura de succin y descarga (F / K)90 / 305,37100 / 310,93120 / 322,04 Nivel de lquido (%)102040 39 Tabla 3.3. Compresores de Primera Etapa X0-K-01. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Presin de succin (psig / Pa)100 / 0,0145120 / 0,0174140 / 0,0203 Temperatura de succin (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Presin de descarga (psig / Pa)480 / 0,0696500 / 0,0725520 / 0,0754 Temperatura de descarga (F / K)255 / 397,04260 / 399,82270 / 405,37 Tabla 3.4. Enfriadores Inter-Etapa X0-ER-01. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Temperatura de succin (F / K)255 / 397,04260 / 399,82280 / 410,93 Temperatura de descarga (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Tabla 3.5. Depuradores Inter-Etapa X0-S-02. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Presin de succin y descarga (psig / Pa)480 / 0,0696500 / 0,0725520 / 0,0754 Temperatura de succin y descarga (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Nivel de lquido (%)102040 40 Tabla 3.6. Compresores de Segunda Etapa X0-K-02. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Presin de succin (psig / Pa)480 / 0,0696500 / 0,0725520 / 0,0754 Temperatura de succin (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Presin de descarga (psig / Pa)1200 / 0,1741300 / 0,18851350 / 0,1958 Temperatura de descarga (F / K)255 / 397,04260 / 399,82280 / 410,93 Tabla 3.7. Enfriadores de Descarga X0-ER-02. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Temperatura de succin (F / K)255 / 397,04260 / 399,82280 / 410,93 Temperatura de descarga (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Tabla 3.8. Depuradores de Descarga X0-S-03. [49] ParmetrosMnimoptimoMximo Presin de succin y descarga (psig / Pa)1200 / 0,1741300 / 0,18851350 / 0,1958 Temperatura de succin y descarga (F / K)90 / 305,37110 / 316,48120 / 322,04 Nivel de lquido (%)102040 41 3.2.5.Sistemas auxiliares y de soporte Ademsdelostrenesdecompresin,enfriadoresydepuradoresdegas,lainstalacin cuentaconunaseriedesistemasauxiliaresdiseadosparaoptimizarlascondiciones operativas,procurarlacontinuidaddelprocesoymaximizarlavidatildeequipose instrumentos.Lossistemasdesoportemsimportantessonbrevementedescritosa continuacin: Sistema de proteccin anti-oleaje: Permite la recirculacin de parte del gas de descarga hacia la entrada de los trenes de compresin para mantener el flujo del gas de proceso en la direccin adecuada en todo momento. Esto con la finalidad de evitar la ocurrencia deoleaje(surge)yprotegeraloscompresoresdecualquierdaoquepudiereser ocasionadoporestefenmeno.LaFigura3.5muestralaubicacindelaslneasde recirculacin que integran este sistema. Figura 3.5. Sistema de proteccin anti-surge. Sistema de alivio de gas: Se encarga de desalojar de la instalacin todo el gas en exceso queentraalamismaynopuedeserprocesadoporlostrenesdecompresinenun momentodado.Estopuedeocurrircuandoelvolumendegassuperalacapacidadde procesamientodeloscompresores,obienduranteperodosdeparadadelosmismos. En cualquier caso, la finalidad de estesistemaauxiliar es mantener los parmetros del proceso (en particular el volumen y la presin del gas) dentro del rango adecuado para 42 una operacin segura de la planta. Se trata deun sistema comn que provee soporte a todas las plantas compresoras que se encuentran en el Complejo Jusepn. [50] Sistemadeairecomprimido:Comosunombre loindica,suministraairepresurizadoa todoslosinstrumentosneumticosdelainstalacinqueaslorequieren,procurando siempre el adecuado funcionamiento de los mismos. Sistemadeinyeccinanti-corrosin:IntroduceunqumicosecuestrantedeH2S(gas sulfurodehidrgeno)atodaslaslneasdegasdelainstalacin,conelobjetode prevenireldesgasteydeteriorodeequiposytuberasporefectodeesteagente corrosivo. Para controlar la inyeccin del qumico anti-corrosin, el sistema cuenta con varios cupones de monitoreo que proveen una medida de la velocidad de corrosin de los materiales en distintas etapas del proceso. La Figura 3.6 muestra la ubicacin de los puntos de inyeccin y los cupones de monitoreo a lo largo de la instalacin. Figura 3.6. Sistema de inyeccin anti-corrosin. 43 Sistemasdeaceitedesellosyaceitelubricante:Tienencomoobjetivomaximizarla productividad y durabilidad de los trenes de compresin. 3.2.6.Vlvulas de control y seguridad del proceso Lasvlvulasdecontrolson,enesencia,elvnculodirectoentrecadaMiniplantaysu ControladorLgicoProgramable(ProgrammableLogicController,PLC)correspondiente. Son ellas, pues, las encargadas de regular la presin de operacin de la planta en cada una delasetapasdelproceso.Suestadopuedeserconocidoycontroladoentodomomentoa travsdelPLCdeproceso,elSistemadeParadadeEmergenciayelPaneldeAlarmas, ubicadosenlacabinadecontrolrespectiva.Lasvlvulasdecontrolmsimportantes instaladas en las Miniplantas Compresoras son listadas a continuacin: [51] [52] NVX X-101: Regulan la presurizacin de los caones de succin de las Miniplantas. Slo son abiertas durante un intervalo de tiempo determinado para llevar a cabo el arranque delainstalacinluegodeunperododeparada.Encualquierotromomento,en condiciones operacionales normales, permanecen cerradas. NVXX-102:Regulanelflujodegasatravsdeloscabezalesdesuccinhacialos depuradoresX0-S-01.Permanecenabiertasencondicionesnormales,ydebenestar cerradas durante perodos de parada de la planta. NVX X-103: Regulan la descarga de los depuradores X0-S-03 hacia rea Comn. Al igual quelasvlvulasdesuccinNVXX-102,slodebensercerradasensituacionesque involucren una parada de la instalacin. NVXX-104:Setratadevlvulasdeventeoubicadasenlaslneasdedescargadelos compresoresdeprimeraetapaX0-K-01.Suaperturapermiteeldesalojodegasdela instalacinensituacionesquerequierenuncesedeoperacionesdelamisma.Se mantienen cerradas en condiciones operacionales normales. FVX-106yFVX-109:Regulanlarecirculacindegashacialaentradadelos depuradoresX0-S-01desdelosdepuradoresX0-S-02yX0-S-03,respectivamente. 44 Formanpartedelossistemasdecontroldecargayproteccinanti-surgedela instalacin. Lasvlvulasdeseguridad,porsuparte,tienenelobjetivodeprotegeralosequiposy dispositivosqueformanpartedelainstalacin,deposiblesdaosasociadosaexcesosde presinenlavecindaddelosmismos.Especficamente,setratadevlvulasdealiviode presinquepermanecencerradasencondicionesoperacionalesnormalesyseabrende maneraautomticacuandolapresinenlaslneasdeprocesosuperaloslmitesde operacinseguradefinidosparalaplanta[53].LaTabla3.9muestralaubicacinylos umbralesdepresindelasvlvulasdeseguridadmsimportantesinstaladasenlas Miniplantas. Tabla 3.9. Vlvulas de Seguridad de las Miniplantas Compresoras Jusepn. [53] Etiqueta (tag)UbicacinUmbral (psig / Pa) PSV X-101Descarga del depurador de succin X0-S-01188.5 / 0,0273 PSV X-102Descarga del compresor de primera etapa X0-K-01565 / 0,0819 PSV X-103Descarga del compresor de segunda etapa X0-K-021725.5 / 0,2503 PSV X-901ADescarga de la bomba anti-corrosin X5-P-01A1650 / 0,2393 PSV X-901BDescarga de la bomba anti-corrosin X5-P-01B1650 / 0,2393 PSV X-901CDescarga de la bomba anti-corrosin X5-P-01C1650 / 0,2393 PSV X-901DDescarga de la bomba anti-corrosin X5-P-01D1650 / 0,2393 No disponibleDescarga de la bomba de aceite lubricante X6-P-01A220 / 0,0319 No disponibleDescarga de la bomba de aceite lubricante X6-P-01B220 / 0,0319 No disponibleDescarga del tanque de aceite de sellos X7-V-01220 / 0,0319 No disponibleDescarga de la bomba de aceite de sellos X7-P-01A676 / 0,098 No disponibleDescarga de la bomba de aceite de sellos X7-P-01B676 / 0,098 CAPTULO 4 EL SISTEMA DE PARADA DE EMERGENCIA ACTUAL CadaMiniplantaCompresoracuentaconunSistemadeParadadeEmergencia (Emergency Shut-Down, ESD) constituido principalmente por un arreglo de cincuenta y tres (53)rels,ubicadostodosellosenunpanelenlacabinadecontrolcorrespondiente,tal comolomuestralaFigura4.1.Laconfiguracindeestesistemalepermite,demanera autnomaeindependientedelControladorLgicoProgramable(ProgrammableLogic Controller,PLC)deProceso,llevaracaboelcesetotaldeoperacionesdelaMiniplantay activarlasalarmascorrespondientesantelapresenciadecondicionesocircunstancias crticas, en el proceso, las instalaciones o la cabina de control, que as lo ameriten. [6] Figura 4.1. Panel de rels que conforman el Sistema ESD actual de una Miniplanta. [6] 46 Concretamente, de los 53 rels que conforman el Sistema ESD, treinta y seis (36) estn asociadosasealescrticasqueactivanalarmasyprovocanlaparadainmediatadel proceso;stasson,efectivamente,lasllamadassealesdeparadasdeemergencia.Once (11) rels estnasociados a seales que indican el estado de instrumentos y equipos de la instalacin,talescomolosmotoresylasvlvulasdecontrol.Porltimo,losseis(6)rels restantesestnasociadosasealesqueactancomopermisivos,cadaunodeellos asociadoaunacondicinparticularnecesariaparallevaracaboelarranquedela Miniplantaluegodeunperododeparada.LaTabla4.1presentaunlistadodelasseales queactualmenteformanpartedelosSistemasESDdelasMiniplantasCompresoras,junto con una breve descripcin de cada una de ellas. Tabla 4.1. Listado de Seales del Sistema ESD de las Miniplantas Compresoras. TagDescripcinTipo HS.X.102XParada de emergencia desde Cabina de ControlAlarma/Paro HS.X.103XParada de emergencia desde campoAlarma/Paro LSHH.X.101XAlto nivel de lquido en el depurador X0-S-01Alarma/Paro XS.X.105XFalla del sistema de control anti-surgeAlarma/Paro PSLL.X.101XMuy baja presin de succin del compresor X0-K-01Alarma/Paro TSHH.X.101XMuy alta temperatura de descarga del compresor X0-K-01Alarma/Paro LSHH.X.102XMuy alto nivel de lquido en el depurador X0-S-02Alarma/Paro TSHH.X.102XMuy alta temperatura de descarga del compresor X0-K-02Alarma/Paro PSHH.X.101XMuy alta presin de descarga del compresor X0-K-01Alarma/Paro LSHH.X.103XMuy alto nivel de lquido en el depurador X0-S-03Alarma/Paro XSHH.X.109XFalla elctricaAlarma/Paro ISHH.X.101XSobrecorriente del motor principal X0-M-01Alarma/Paro XS.X.111XInterruptor de alto voltaje abiertoAlarma/Paro XS.X.112XFalla en alimentacin AC del CCM (480VAC)Alarma/Paro XSHH.X.301/2XVibracin radial del motor principal X0-M-01Alarma/Paro 47 XSHH.X.303/6XVibracin en caja de engranaje X0-OH-01Alarma/Paro XSHH.X.307XVibracin ssmica en caja de engranaje X0-OH-01Alarma/Paro ZSHH.X.303XDesplazamiento axial de la caja de engranaje X0-OH-01Alarma/Paro ZSHH.X.304XDesplazamiento axial de la caja de engranaje X0-OH-01Alarma/Paro XSHH.X.308/9XVibracin radial del compresor X0-K-01Alarma/Paro ZSHH.X.301XDesplazamiento axial del compresor X0-K-01Alarma/Paro XSHH.X.310/11XVibracin radial del compresor X0-K-02Alarma/Paro ZSHH.X.302XDesplazamiento axial del compresor X0-K-02Alarma/Paro LSLL.X.301XMuy bajo nivel en el tanque de aceite lubricante X6-T-01Alarma/Paro TSHH.X.342X Muy alta temperatura de descarga del enfriador de aceite lubricante X6-EA-01 Alarma/Paro PSLL.X.303XMuy baja presin en el cabezal de la bomba de aceite de sellosAlarma/Paro LSLL.X.302XMuy bajo nivel en el tanque de aceite de sellos X7-V-01Alarma/Paro LSLL.X.303XMuy bajo nivel en el tanque de aceite de sellos X7-V-02Alarma/Paro XS.X.107XFalla en la ejecucin de la lgica del PLCAlarma/Paro ZSH.X.102XVlvula de succin del depurador X0-S-01 abiertaEstado de vlvula ZSL.X.101XVlvula de presurizacin NVX X-101 cerradaEstado de vlvula ZSL.X.104XVlvula de alivio del compresor X0-K-01 cerradaEstado de vlvula ZSL.X.108XVlvula de bypass corto de primera etapa cerradaEstado de vlvula ZSL.X.111XVlvula de recirculacin del depurador X0-S-03 cerradaEstado de vlvula ZSL.X.105XVlvula de alivio del depurador X0-S-03 cerradaEstado de vlvula BSHH.X.102XFuego en la Cabina de ControlAlarma/Paro ZSH.X.103XVlvula de descarga del depurador X0-S-03 abiertaEstado de vlvula QA.X.101XParo de emergencia de la estacinAlarma/Paro ZSL.X.121XMotor principal X0-M-01 apagadoEstado del motor 4.ES.X1Permisivo del PLC para el arranque de la MiniplantaPermisivo ZSH.X.121X.1Motor principal X0-M-01 encendidoEstado del motor ZSH.X.121X.2Motor principal X0-M-01 encendidoEstado del motor 48 PSLL.X.109XPresurizacin del motor X0-M-01Alarma/Paro 4.HW.X.1Permisivo de hardware para el arranque de la MiniplantaPermisivo 4.UW.X.1XPermisivo de hardware para el arranque de la MiniplantaPermisivo 4.UW.X.2XPermisivo de hardware para el arranque de la MiniplantaPermisivo 4.UW X.3XPermisivo de hardware para el arranque de la MiniplantaPermisivo HS.X.108.STOPParada manual de la MiniplantaAlarma/Paro SSL1.X.302XBaja velocidad del tren de compresoresAlarma/Paro PSL.X.314Baja presin de succin en bombas de aceite de selloAlarma/Paro VY X.101No disponibleAlarma/Paro 4UW.X.4XPermisivo de hardware para el arranque de la MiniplantaPermisivo ZSL.X.103Vlvula de descarga del depurador X0-S-03 cerradaEstado de vlvula TodoslosrelsqueformanpartedelSistemaESDposeenvariosparesdecontactos gobernadosporunmismoinductor.Loscontactosadicionalessonutilizadospara interconectar al Sistema ESD con el PLC de Proceso y el Panel de Alarmas, tambin ubicados enlacabinadecontrol.Estohaceposible,ademsdeinformaroportunamentealpersonal quelaboraenlaplantasobrecualquiereventualidad,mantenerunregistrodetodaslas situacionesdepeligroocurridasenlainstalacinduranteunintervalodetiempo determinado, as como las condiciones o circunstancias que dieron origen a las mismas. [6] LoslineamientosquerigenlaoperacindelSistemaESDsonenrealidadbastante sencillos.Agrandesrasgos,paraquelaplantapuedaoperarconnormalidad,esnecesario que todos los pares de contactos de cada uno de los 53 rels estn cerrados. Si ocurre algn evento que d lugar a una seal de paro, sta inmediatamente provocar la apertura de los pares de contactos de su rel asociado, interrumpiendo automticamente la operacin de la planta. Al mismo tiempo, el cambio de estado del rel activar la alarma correspondiente en la cabina de control e informar al PLC de Proceso sobre lasituacin de peligrodetectada; para tales fines son utilizados los juegos de contactos adicionales. 49 Luegodeunperododeparada,yaseaprogramadaodeemergencia,unavezquese haya restablecido las condiciones operacionales de seguridad de la planta, el arranque de la mismasloserposiblesisecuentacontodoslospermisivos,tantodesoftwarecomode hardware,ysilasvlvulasdecontroldelprocesoseencuentranenelestadoadecuado (abiertasocerradassegnseaelcaso).Cuandotodasestascondicionessecumplan,la cadenaderelsdeparadadeemergenciaestarcerradaylaplantapodrretomarsus operaciones con normalidad. Es preciso destacar que, en cualquier caso, la interaccin entre los Sistemas ESD de las tresMiniplantas,ascomosucomunicacinconotrosSistemasInstrumentadosde Seguridad(SIS)asociadosalasdemsinstalacionesdelComplejoJusepn,esposible nicamente a travs de los PLCs de Proceso[6], los cuales transmiten al Sistema de Control ySupervisin(SupervisoryControlandDataAcquisition,SCADA)delComplejotodala informacinasociadaalestadodelasMiniplantas,suscondicionesoperativasylas variables ms importantes del proceso, tal como lo muestra la Figura 4.2. Figura 4.2. Arquitectura de control y supervisin instalada en una Miniplanta. [6] 50 4.1.El Sistema ESD en el contexto de las tecnologas actuales Las Miniplantas Compresoras Jusepn en su conjunto, incluyendo al arreglo de rels que conformanelSistemadeParadadeEmergenciaactualmenteenfuncionamientoenlas mismas,fueroninstaladashaceaproximadamente20aos[7].Enaquelentonces,los sistemas cableados (hard-wired), entre los cuales se destacan aquellos basados en lgica de rels,anrepresentabanunasolucinefectivaysencillaalproblemaquesuponala preservacindelaintegridaddepersonas,bienes,equipos,instalacionesyelmedio ambiente,ascomolacontinuidaddelascondicionesoperacionalesadecuadasenla mayora de las instalaciones industriales. Sin embargo, desde entonces, han surgido equipos ytecnologasqueconstituyensolucionesmseficaces,rpidasyseguras,conmejores prestaciones,mayorconfiabilidadydisponibilidad,aesteproblema.Anteestenuevo escenario,esnaturalpensarquelastecnologasdecontrol,supervisin,seguridady paradadeemergenciabasadasenrels,handejadodefinitivamentedeserlasolucin ptima(esdecir,lamejorymsadecuada)alahoradesatisfacerrequerimientosde seguridad en el mbito industrial, incluyendo a las aplicaciones en el rea de procesos. [54] 4.2.Por qu este Sistema de Parada de Emergencia ha dejado de ser ptimo? LaantigedaddelSistemadeParadadeEmergenciaactuales,sinduda,unodelos factores ms importantes asociados a la relativa obsolescencia del mismo. Los rels, al igual que todo el cableado asociado a los mismos, presentan un cierto nivel de deterioro y fatiga debidoaltiempoquehanestadoenfuncionamiento;situacinquehasidoagravada, adems, por los efecto