DIRECCIÓN: José María Monteagudo Antonio Durán TUTOR: José Fernando Buitrón Gijón

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales Avda. Camilo José Cela, s/n, 13071 Ciudad Real. Grupo IMAES [email protected]

Curso básico de Operador de planta energética ÍNDICE 1.

Descripción de las funciones de la operación de una planta ............... 7

1.1 El equipo de operación............................................................................... 7 1.2 Funciones del Jefe de Turno ...................................................................... 8 1.3 Funciones del Operador de sala de control................................................ 9 1.4 Funciones del Operador de campo .......................................................... 10 2.

Fundamentos de operación en campo.................................................. 12

2.1 Puesta en servicio de equipos.................................................................. 12 Tipos de válvulas ................................................................................ 12 Tipos de bombas ................................................................................ 14 Válvulas de aislamiento ...................................................................... 15 Válvulas de drenaje ............................................................................ 15 Sistemas de refrigeración ................................................................... 16 Sistemas de lubricación ...................................................................... 16 Instrumentación .................................................................................. 17 Cebado de una bomba ....................................................................... 18 Sistemas de calentamiento ................................................................. 19 Sistemas de refrigeración ................................................................... 21 Sistemas de llenado............................................................................ 22 Sistemas de presurización .................................................................. 23 Sistemas de lubricación ...................................................................... 23 Sistemas de instrumentación .............................................................. 25 2.2 Parada segura de equipos y sistemas ..................................................... 26 2.3 Programación de rondas .......................................................................... 28 2.4 Descargo de equipos ............................................................................... 29 Procedimiento de descargos............................................................... 30 3.

Fundamentos de operación desde sala de control .............................. 34

3.1 Sistemas de control distribuido................................................................. 34 Medida de un instrumento................................................................... 35 Controlador ......................................................................................... 35 Lazo de control ................................................................................... 36 Set point.............................................................................................. 37 Programa ............................................................................................ 38 Permisivos .......................................................................................... 39 Pantallas de operación ....................................................................... 40 1

Curso básico de Operador de planta energética 3.2 Coordinación sala de control con sistemas en campo ............................. 41 3.3 Operación elementos sobre pantalla........................................................ 43 Válvula todo o nada ............................................................................ 43 Válvula todo o nada con parada intermedia........................................ 44 Válvulas con control manual de pasos................................................ 45 Válvula de control ............................................................................... 45 Set point.............................................................................................. 47 Marcha o paro de una bomba ............................................................. 48 Conmutador de equipos...................................................................... 49 Pulsador.............................................................................................. 50 Programa ............................................................................................ 52 Combinación de módulos ................................................................... 52 3.4 Herramientas de operación. Diagramas funcionales, curvas y alarmas... 54 Diagramas funcionales ....................................................................... 54 Curvas de proceso.............................................................................. 57 Pantalla de alarmas ............................................................................ 59 4.

Principios de arranque, operación y parada de equipos principales . 62

4.1 Arranques y operación de calderas o sistemas de agua vapor................ 62 Fase de presurización de un sistema de agua-vapor ......................... 65 Operación de sistema de agua-vapor ................................................. 67 Parada y disparo de sistemas de agua-vapor..................................... 68 4.2 Arranques y operación de turbinas.......................................................... 69 4.2.1Turbinas de gas........................................................................................ 69 Virador de turbina ............................................................................... 70 Permisivos de arranque de turbina de gas ......................................... 71 Fases de arranque de una turbina de gas .......................................... 71 Sincronismo y acoplamiento del generador de turbina a red .............. 72 Operación de turbinas de gas ............................................................. 74 Parada de turbina de gas.................................................................... 76 4.2.2Turbina de vapor ...................................................................................... 77 Rodaje de turbina de vapor................................................................. 78 Operación de turbina de vapor............................................................ 80 Función de los by-passes de turbina .................................................. 81 Parada de turbina de vapor................................................................. 82 4.3 Arranques y operación de reactores ........................................................ 83 2

Curso básico de Operador de planta energética 4.4 Arranques y operación de compresores.................................................. 85 Arranque de compresores................................................................... 89 Operación de compresores................................................................. 90 4.5 Arranques y operación de sistemas de separación criogénica ............... 92 Alineamiento y presurización .............................................................. 96 Control de presión asegurando

P entre ambas columnas............... 96

Circulación de gas y enfriamiento ....................................................... 97 Formación de líquido .......................................................................... 98 Equilibrio de fases líquido vapor ......................................................... 98 Ajuste de cargas ................................................................................. 98 5.

Sistemas de seguimiento y aviso. Alarmas y curvas de operación . 100

5.1 Sistemas de alarmas. Niveles de alarma y priorización ......................... 100 Código de criticidad, texto y color ..................................................... 102 Información de entrada o salida........................................................ 103 Texto descriptivo............................................................................... 104 Código del elemento primario ........................................................... 105 Fecha y hora de generación ............................................................. 105 5.2 Curvas y el seguimiento de tendencias de parámetros de operación .... 106 Partes de una pantalla de curvas...................................................... 107 Código de color................................................................................. 108 Código elemento primario ................................................................. 108 Descripción ....................................................................................... 108 Rangos ............................................................................................. 108 Unidades........................................................................................... 109 Valor actual ....................................................................................... 109 Valor seleccionado............................................................................ 109 Información del área gráfica.............................................................. 110 Principales criterios de configuración de curvas ............................... 110 6.

Elaboración de procedimientos de operación.................................... 113

6.1 El procedimiento cómo guía de referencia en operación ....................... 113 Área de Codificación, título, fecha y revisión .................................... 114 Área de responsabilidades................................................................ 115 Área de detalle del procedimiento..................................................... 115 Pasos................................................................................................ 115 Descripción de maniobra .................................................................. 116 3

Curso básico de Operador de planta energética Comentarios...................................................................................... 117 6.2 Modelos de procedimientos de sistemas independientes o unidades completas ....................................................................................................... 118 7.

Organización de equipos de operación. Calendario de turno........... 121

7.1 Criterios iniciales, ciclos de producción y grado de disponibilidades...... 122 7.2 Modelo en producción continua.............................................................. 126 Modelo de 5 equipos de turno en 7 días sin rotación........................ 126 Modelo de 5 equipos de turno en 7 días con rotación ...................... 127 7.3 Modelos en producción intermitente....................................................... 128 Modelo de dos equipos con rotación semanal .................................. 129 Modelo de tres equipos con rotación semanal................................. 129

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Curso básico de Operador de planta energética TABLA DE FIGURAS Figura 1. Giro de apertura y cierre de válvulas................................................. 13 Figura 2. Válvula y by-pass .............................................................................. 14 Figura 3. Esquema básico de bomba............................................................... 17 Figura 4. Esquema simple de calentamiento con nitrógeno de un reactor....... 20 Figura 5. Esquema simple de refrigeración con control de temperatura .......... 22 Figura 6. Esquema de lubricación de cojinetes ................................................ 24 Figura 7. Esquema básico de posiciones de un descargo ............................... 31 Figura 8. Etiqueta de elemento en descargo.................................................... 33 Figura 9. Esquema de control distribuido ......................................................... 35 Figura 10. Lazo de control de nivel básico ....................................................... 37 Figura 11. Programa básico de dos pasos....................................................... 38 Figura 12. Configuración de pasos de programa ............................................. 39 Figura 13. Esquema de permisivos .................................................................. 40 Figura 14. Pantalla de proceso......................................................................... 41 Figura 15. Válvula todo o nada......................................................................... 43 Figura 16. Válvula todo o nada con parada intermedia .................................... 44 Figura 17. Válvula con control manual de pasos.............................................. 45 Figura 18. Válvula de control............................................................................ 46 Figura 19. Set point .......................................................................................... 47 Figura 20. Ventana de bomba .......................................................................... 48 Figura 21. Conmutador de equipos .................................................................. 49 Figura 22. Pulsador .......................................................................................... 51 Figura 23. Módulo de programa ....................................................................... 52 Figura 24. Esquema simple de programa con arranque de bomba.................. 53 Figura 25. Diagrama funcional ......................................................................... 56 Figura 26. Curvas de proceso .......................................................................... 59 Figura 27. Clasificación de alarmas en tres niveles ......................................... 61 Figura 28. Requerimientos de agua según BS2486......................................... 64 Figura 29. Esquema básico de sistema agua-vapor ........................................ 66 Figura 30. Esquema de turbina de gas ............................................................ 69 Figura 31. Sincronización generador-red ......................................................... 73 Figura 32. Turbina de gas en control de carga................................................. 76 Figura 33. Esquema básico de turbina de vapor .............................................. 78 Figura 34. Comportamiento de válvulas de control y by-pass .......................... 82 5

Curso básico de Operador de planta energética Figura 35. Conversión del COS en reactor de Alúmina.................................... 83 Figura 36. Esquema de reactor con precalentamiento..................................... 84 Figura 37. Curva básica de compresor dinámico ............................................. 87 Figura 38. Compresor con regulación de caudal y antibombeo ....................... 89 Figura 39. Doble control de compresor dinámico ............................................. 91 Figura 40. Control antibombeo ......................................................................... 92 Figura 41. Enfriamiento de bomba criogénica .................................................. 94 Figura 42. Destilación criogénica ..................................................................... 95 Figura 43. Sistema de alarma 2v3.................................................................. 101 Figura 50. Turno de 8 horas ........................................................................... 124 Figura 51. Turno con horario desigual............................................................ 125 Figura 52. Calendario 7-5-7-4-7-5 sin rotación en el ciclo.............................. 127 Figura 53.Calendario 7-2-7-2-7-10 sin rotación en el ciclo............................. 127 Figura 54. Calendario 7-5-7-4-7-5 con rotación en el ciclo............................ 128 Figura 55. Calendario 7-2-7-2-7-10 con rotación en el ciclo........................... 128 Figura 56. Calendario dos equipos con rotación semanal.............................. 129 Figura 57. Calendario tres turnos 24 horas con rotación semanal ................. 129

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Curso básico de Operador de planta energética

1. Descripción de las funciones de la operación de una planta 1.1

El equipo de operación

El equipo de operación de una planta industrial es el conjunto de personas que trabajan de forma coordinada en la operación de la planta, realizando maniobras de arranque, parada, cambios de carga, continuidad de producción, control en línea de procesos, vigilancia de parámetros, registro y seguimiento de valores de proceso, maniobras de colocación y levantamiento de equipos y sistemas en descargo. En los procesos actuales con controles distribuidos, donde se centraliza la operación en una sala de control, la estructura organizativa del equipo suele diferenciar tres roles. Jefe de turno, Operador de sala de control y Operario de planta. En función del tipo de instalación, puede haber roles con funciones mixtas, por ejemplo, en pequeñas plantas con un alto grado de automatización la labor del Operador de sala de control y del Operario de planta puede estar desempeñada por una sola persona. Además es posible que nos encontremos estos mismos roles con otros nombres, en muchas plantas al Operario de planta se le denomina Rondista u Operador de campo. Lo importante es que debe haber tres áreas de trabajo cubiertas, la correspondiente a vigilancia y maniobras próximas a los equipos, también denominado campo, la de control de procesos, localizada generalmente en salas de control y una última, de coordinación del equipo que es la del Jefe de turno, responsable del conjunto de las maniobras de operación. En este documento vamos a considerar un modelo con las tres figuras y sus funciones analizadas de forma independiente. La eficiente coordinación entre

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Curso básico de Operador de planta energética las personas del equipo es clave para el óptimo funcionamiento de cualquier planta industrial. 1.2

Funciones del Jefe de Turno

El Jefe de turno es el responsable del equipo. En su perfil profesional deben confluir conocimientos técnicos, habilidades de gestión de personas y capacidad de toma de decisiones. Gran parte de su trabajo lo realiza como responsable único presente en la instalación, al desarrollarse durante las veinticuatro horas del día. El Jefe de turno es el responsable de mantener actualizado el libro de turno. Este documento, de gran importancia, puede tener carácter legal ante accidentes u otras circunstancias que implique responsabilidad, por tanto su correcta actualización es muy importante. Actualmente se están desarrollando libros de turno electrónicos que facilitan el seguimiento de la información y aportan seguridad en cuando a posibles deterioros, debido a que su almacenaje en archivos con copias de seguridad puede permitir esto. Indiferentemente del modelo de libro que se use, todos deben contener información precisa de las maniobras realizadas durante el turno y las principales incidencias. Este documento es el cuaderno de bitácora de la operación de la planta. El Jefe de turno que termina su jornada, debe informar detalladamente de las actividades realizadas durante la jornada laboral de su equipo y de las incidencias ocurridas, al Jefe de turno que lo releva. Es conveniente que al inicio de esta jornada el Jefe de turno entrante reúna a todo su equipo y transmita esta información a la vez que coordina los trabajos a desarrollar.

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Curso básico de Operador de planta energética El Jefe de turno debe estar informado de todas las actividades que se realizan, sean las desarrolladas por su equipo o por personal de mantenimiento. Debe estar informado y participar en la resolución de incidencias, siendo en gran parte de los casos el responsable de la decisión a adoptar para la resolución de la misma. Así mismo debe autorizar los trabajos de mantenimiento que se realizan en la instalación, especialmente cuando estos influyan en la operación de la planta. 1.3

Funciones del Operador de sala de control

El Operador de sala de control es el “piloto” de la instalación, es aquella persona que ejecuta las maniobras de arranque, control y parada. Con el desarrollo de los sistemas de control basados en procesadores, la operación ha pasado de regularse con interruptores y manetas a controlarse de forma computacional. Los sistemas de planta se representan mediante esquemas en pantallas donde el operador puede acceder a su control, a la programación de su lógica y al seguimiento de sus parámetros. Los Operadores de sala de control realizan desde estos terminales todas las maniobras necesarias para una óptima operación de la planta. El perfil profesional de un Operador de sala de control es fundamentalmente técnico, debido a que debe conocer los procesos a la perfección y los principios científicos que los rigen con el objeto de poder realizar maniobras de control y corrección. Este perfil de especialista debe complementarlo con habilidades de trabajo bajo estrés y de coordinación de personas, debido a que mantiene una comunicación continua con los Operadores de campo. El Operador de sala de control realiza también un libro de seguimiento de maniobras e incidencias, generalmente parte de esta información es la que 9

Curso básico de Operador de planta energética utiliza el Jefe de turno en la elaboración del libro de turno. Al igual que el Jefe de turno, en sala de control también se realiza el intercambio de información entre Operadores, esta acción se denomina “dar el relevo”. 1.4

Funciones del Operador de campo

El Operador de campo realiza las maniobras sobre equipos que no pueden realizarse desde sala de control. Apertura y cierre de válvulas manuales, arranque de equipos locales, llenado manual de sistemas, etc. Además de ejecutar estas maniobras manuales sobre equipos sin comando, desde sala de control, también verifica en campo el correcto arranque y funcionamiento de equipos, que son operados desde sala de control, con objeto asegurar una óptima operación de la instalación. El Operador de campo realiza el seguimiento y control de los equipos en campo, valores de instrumentación sin conexión a sala de control, inspección visual y acústica de equipos para detectar posibles anomalías, detección de fugas, etc. El Operador de planta realiza las maniobras de descargo (ver 2.4), confirmando que es posible realizar de forma segura labores de mantenimiento en los sistemas que cubre el descargo instalado. El perfil profesional del Operador de campo es fundamentalmente técnico, complementado con habilidades de trabajo en estrés y comunicación. Al igual que el Jefe de tuno y el Operador de sala de control, este realiza intercambio de información con su compañero, en relación a las maniobras realizadas y el estado de planta.

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Curso básico de Operador de planta energética El Operador de campo debe mantener una excelente comunicación con el Operador de sala de control, pues de la buena coordinación en la función auxiliar de maniobras de operación, depende el éxito de estas. Se debe tener en cuenta que el Operador de campo representa la extensión física del Operador de sala de control en campo, sus “ojos” y “manos”.

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Curso básico de Operador de planta energética

2. Fundamentos de operación en campo 2.1

Puesta en servicio de equipos

Los dos equipos básicos a operar de una planta industrias son las válvulas y las bombas. Ambos equipos se dividen a su vez en múltiples tipos. No entraremos en detalle en describir cada uno de ellos, pues esa información es fácil de localizar en los innumerables documentos que existen sobre equipos industriales. Enumeraremos únicamente los principales tipos. Tipos de válvulas Válvulas de globo Válvulas de compuerta Válvulas de membrana Válvulas de mariposa Válvulas de macho Válvulas de retención Válvulas de seguridad De esta relación, pueden ser todas manipulables de forma manual o telecontrol, excepto las válvulas de retención y seguridad que están diseñadas para permitir el paso de flujo solo en una dirección, válvula de retención, o actuar en caso de sobrepasar un valor de tarado, válvula de seguridad. Existe extensa documentación sobre válvulas, a continuación se facilitan dos enlaces que pueden servir de referencia: http://es.slideshare.net/n.ando/vlvulas-y-accesorios

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Curso básico de Operador de planta energética http://www.valvias.com/tipos-de-valvulas.php La operación manual de válvulas se realiza desde el volante, aunque es posible encontrase alguna otra pieza de accionamiento, como manetas en el caso de pequeñas válvulas de bola. Generalmente el sentido de giro es, contrario a las agujas del reloj para abrir y en sentido de las agujas del reloj para cerrar.

ABRIR

CERRAR

Figura 1. Giro de apertura y cierre de válvulas

En la operación manual de válvulas es necesario conocer la importancia de los bypass, usados generalmente para el alineamiento de grandes válvulas, especialmente de mariposa en líneas con presión. Esta maniobra se realiza generalmente ante la necesidad de abrir válvulas de aislamiento, con uno de sus lados sometido a presión. Al partir con una elevada diferencia de presión, la fuerza ejercida en el lado presurizado sobre el sistema de obturación, principalmente si es compuerta o mariposa, será proporcional a la superficie de cierre. En estas condiciones, abrir manualmente esta válvula puede ser difícil e inseguro. La maniobra a realizar es abrir primero la válvula de bypass, que aunque la presión a la que está sometida es la misma, al tener una menor superficie, su apertura es más fácil. Una vez que ambos lados de la válvula principal están sometidos a la misma presión, se podrá manipular fácilmente la válvula principal.

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Curso básico de Operador de planta energética

P1

>>>>>>>>>

P2

P1

P2

By-pass

Figura 2. Válvula y bypass

El orden de alineamiento de un sistema como el de la Figura 2 es: 1. Apertura de la válvula bypass 2. Equilibrado de presiones a ambos lados del sistema 3. Apertura válvula principal 4. Cierre de la válvula bypass (Aconsejable para la vida útil de la válvula y mejor rendimiento del sistema) Otro de los equipos básicos en una planta industrial son las bombas, estás permiten desplazar fluidos en unas determinadas condiciones de presión y caudal, según las condiciones de diseño del sistema. Al igual que las válvulas, existen varios tipos de bombas, cuyas características pueden encontrarse en numerosas publicaciones. Sin entrar en detalles, se enumeran los principales tipos. Tipos de bombas 14

Curso básico de Operador de planta energética Bombas centrifugas Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas o Bombas alternativas o Bombas rotativas Existe extensa documentación sobre bombas, a continuación se facilitan dos enlaces que pueden servir de referencia: http://es.slideshare.net/saulolaf/bombas-8188043 http://www.wilo.es/fileadmin/es/Downloads/pdf_entero.pdf Las bombas generalmente se instalan con válvulas de aislamiento, válvulas de drenaje, sistemas de refrigeración auxiliar, sistemas de lubricación e instrumentación. Poner en servicio una bomba para operación implica revisar y dejar alineados y en servicio estos sistemas. Válvulas de aislamiento Son las válvulas que se colocan en la aspiración y descarga de la bomba, es decir, en la entrada del fluido, aspiración, y en la salida del fluido, descarga. La maniobra de abrir ambas válvulas se denomina alineamiento de la bomba, pero esto no implica que la bomba esté lista para su arranque, debido a que es necesario confirmar otros sistemas auxiliares. Válvulas de drenaje Estas válvulas tienen por función vaciar de fluido la bomba, en caso de que sea necesario realizar alguna labor de mantenimiento. En función del modelo de bomba y/o diseño del sistema se colocará en los puntos necesarios que aseguren este fin. 15

Curso básico de Operador de planta energética Sistemas de refrigeración Existen numerosas formas de refrigerar una bomba, esencialmente dependerá del tipo de bomba y del fluido que circule por ella. En muchas ocasiones si se trata de una pequeña bomba por la que circula agua a temperatura ambiente, el propio fluido transportado hace de refrigerante. En las instalaciones industriales que trabajan con fluidos a altas temperaturas y presiones, el propio diseño de las bombas lleva incorporados sistemas de refrigeración auxiliar, mediante otro fluido. Será necesario el alineamiento de estos sistemas antes de proceder al arranque de la bomba. Sistemas de lubricación Las bombas se construyen con elementos móviles, que son los responsables de forzar el desplazamiento del fluido. Estas piezas requieren lubricación. El ejemplo más característico es la lubricación necesaria en los cojinetes de las bombas centrifugas, pero se aplica a otros muchos modelos. En función del tipo de bomba el fabricante selecciona un tipo de lubricación específica. Para la lubricación de bombas se usan grasas o aceites con características propias de la especificación de la bomba. Según el modelo, podemos encontrar lubricantes que se revisan solo en labores de mantenimiento, debido a que es necesario desmontar la bomba para acceder a ellos, o lubricantes que se reponen mediante un sistema auxiliar externo. Una de las operaciones manuales de estos sistemas es la vigilancia y reposición de este lubricante en caso de encontrarse a un nivel inferior al indicado por el fabricante.

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Curso básico de Operador de planta energética Instrumentación Asociados a una bomba van a estar instalados diferentes instrumentos. Generalmente se encontrarán manómetros, medidores de temperatura y caudalímetros, todos estos equipos pueden tener lectura local o mandar su valor a sala de control, en cuyo caso se denominan transmisores. Estos equipos pueden medir los parámetros físicos del fluido transportado o valores de la propia bomba, por ejemplo temperatura de cojinetes. Antes de la puesta en marcha de una bomba, deberán estar alineados y en servicio todos sus instrumentos.

Depósito lubricación Manómetro descarga

P Válvula descarga

Válvula aspiración

Drenaje

Refrigeración

Figura 3. Esquema básico de bomba

La secuencia de maniobras para la puesta en marcha de una bomba como la expuesta en la Figura 3 es: 1. Revisión del sistema de lubricación e instrumentación 2. Alineamiento de refrigeración 3. Cierre de líneas de drenaje 17

Curso básico de Operador de planta energética 4. Alineamiento de la bomba, apertura de las válvulas de aspiración y descarga Cebado de una bomba Exceptuando las bombas que poseen sistemas de autocebado, la gran mayoría de las bombas necesitan arrancarse cebadas, esta maniobra consiste en el llenado con el fluido de proceso la bomba, desplazando el aire que contenga, que se expulsará hacia el depósito de llenado o a través de venteos instalados para tal fin. Cuando las bombas tienen sistemas automáticos de alineamiento y arranque, el propio control realiza esta maniobra. En caso de no ser así, deberá hacerse mediante un procedimiento manual, con los siguientes pasos: 1. Apertura de válvula de aspiración 2. Apertura de válvula de venteo a la descarga 3. Llenado de la bomba y expulsión de aire por venteo 4. Confirmación de llenado por salida de fluido por venteo 5. Cierre de venteo Este procedimiento puede variar en función de las características del sistema y del fluido transportado. En líneas generales, las maniobras desde campo de cualquier equipo deben estar orientadas a alineamiento de sistemas y puesta en servicio de sistemas auxiliares necesarios para su arranque. A continuación se describen los sistemas auxiliares más comunes.

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Curso básico de Operador de planta energética Sistemas de calentamiento Los sistemas que requieren de una temperatura inicial de arranque o aquellos que necesitan mantenerse en un determinado valor de temperatura por motivos de seguridad, proceso o como protección respecto a temperatura ambiente, vendrán acompañados de sistemas auxiliares de calentamiento. Como ejemplo se puede citar el arranque de calderas de recuperación, reactores catalíticos, sistemas de transportes de cenizas o azufre líquido. En los sistemas de calentamiento auxiliar generalmente se una vapor, mediante la inyección directa o como fluido térmico que calienta a otro fluido, como nitrógeno o aire. En los sistemas de tuberías que requieren una temperatura mínima, con objeto de protegerse de bajas temperaturas ambiente, es frecuente utilizar traceados eléctricos, que son resistencias que acompañan a la tubería en su recorrido. En la puesta en marcha de un equipo que requiere de temperatura mínima de arranque será necesaria la puesta en servicio de estos sistemas de calentamiento. Es muy importante conocer las rampas de elevación de temperatura, tanto para evitar retrasos de arranques como para respetar los ritmos de calentamiento del equipo con el fin de evitar daños por stress térmico. Cada fabricante diseña los sistemas de calentamiento más óptimos para cada equipo, así como establece los procedimientos de arranque de cada uno de ellos.

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Curso básico de Operador de planta energética

Vapor

Entrada de proceso

Nitrógeno T1 T2 T3

Figura 4. Esquema simple de calentamiento con nitrógeno de un reactor

Las maniobras manuales de alineamiento de sistemas con vapor deben realizarse teniendo en cuenta dos factores: 1. Eliminación de condensados en las líneas 2. Incremento gradual de aporte de vapor Ambos factores son cruciales en una correcta operación, para asegurar la máxima vida útil del equipo, minimizando el deterioro por estrés de sus materiales constructivos. El uso de vapor como fluido térmico, implica la posibilidad de presencia de condensados en determinados puntos. Se debe evitar la vaporización de estos condensados en las líneas, debido a que su cambio súbito de volumen puede provocar daños. En sistemas donde existe la posibilidad de que este fenómeno ocurra, se instalan purgadores de condensado, cuya finalidad es eliminar el posible condensado formado. Antes de alinear cualquier sistema calentado por vapor, deberemos asegurarnos que no hay presencia de condensados, mediante el drenaje de los mismos, a través 20

Curso básico de Operador de planta energética de líneas que estarán dispuestas para tal fin. Una vez drenados, se abrirán gradualmente las válvulas que alinean el sistema, de tal forma que el calentamiento sea progresivo, evitando elevados gradientes de temperatura, por entrada masiva de caudal de vapor. Sistemas de refrigeración La generación de calor por rozamiento en el caso de máquinas rotativas, la necesidad de controlar temperaturas en los procesos o la propia naturaleza de los ciclos termodinámicos usados en la industria, implica inevitablemente la instalación de sistemas de refrigeración. Generalmente la tecnología aplicada es mediante intercambio con un fluido refrigerante, que va desde aire, agua, aceite o un fluido específico. Los sistemas de refrigeración se ponen generalmente en servicio antes de arrancar el equipo o cuando las condiciones de temperatura lo requieren. El fabricante detallará el procedimiento de arranque y control de los mismos. En muchas ocasiones no requieren de un control específico, su alineamiento garantiza por diseño unas condiciones mínimas de temperatura del sistema, en otras ocasiones van asociados a una control.

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Curso básico de Operador de planta energética

T1

Aire

CT

Agua de refrigeración

Figura 5. Esquema simple de refrigeración con control de temperatura

Las maniobras manuales asociadas a sistemas de refrigeración son principalmente alineamientos. En determinadas ocasiones es convenirte revisar el balance de caudales en previsión de posibles fugas o desequilibrios que influyen directamente en el rendimiento del sistema por alejamiento del punto óptimo de diseño. Sistemas de llenado Los sistemas de llenado generalmente están asociados a equipos que requieren condiciones iniciales de arranque. En la mayoría de los equipos el llenado se realiza por las mismas líneas de proceso, pero en otras ocasiones es necesario contar con sistemas auxiliares. Las maniobras manuales asociadas a procedimientos de llenado son básicamente alineamientos de válvulas de alimentación con apertura y cierre de válvulas de venteo. Los depósitos atmosféricos abiertos no requieren de procedimientos especiales. Los sistemas cerrados deberán

incorporar 22

Curso básico de Operador de planta energética sistemas de venteo que aseguren el correcto llenado del sistema, las válvulas de venteo se abrirán antes del llenado y se cerraran tras confirmar el nivel deseado, salvo en sistemas que requieran un venteo continuo, como en desgasificadores de sistemas de agua-vapor, en estos casos puntuales, el fabricante del equipo o sistema detallará el modo de operación. Sistemas de presurización Los sistemas que trabajan a presiones superiores a la presión atmosférica, requieren de un procedimiento de presurización. Este incremento de presión se realiza generalmente con el fluido de proceso, pero en otras ocasiones es necesario utilizar un sistema auxiliar con un fluido de presurización. En el caso de que la atmósfera tenga riesgo de explosión, el fluido de presurización debe ser inerte, como por ejemplo, el nitrógeno. Las maniobras manuales de presurización deben tener también una progresión controlada, para evitar posibles daños en el equipo. Las maniobras manuales de presurización son generalmente alineamientos de sistemas con maniobras son bypasses, con esquemas similares al expuestos en la Figura 2. Sistemas de lubricación En general, todas las máquinas rotativas a escala industrial van a tener sistemas auxiliares de lubricación. Turbinas, compresores o motores, van a necesitar un sistema que asegure una correcta lubricación, mediante el uso de fluidos lubricantes, cuyas características específicas, caudal y temperatura mantengan la maquina en óptimas condiciones de operación.

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Curso básico de Operador de planta energética Los aceites utilizados deben cumplir unas especificaciones detalladas por el fabricante, y no deben sustituirse unos aceites por otros sin estas especificaciones. Los sistemas de lubricación generalmente está provisto de sistemas de refrigeración, debido a que la generación de calor por rozamiento en los cojinetes de las maquinas es absorbido por el lubricante. Mantener el aceite dentro de un rango de temperaturas de diseño es de gran importancia en estos sistemas. El control del sistema de lubricación, en la mayoría de los equipos, se basa en mantener una correcta presión y temperatura del aceite, que asegure un óptimo caudal de lubricación de las piezas móviles del equipo.

Filtros P

T

Tanque de lubricación Agua de refrigeración

Figura 6. Esquema de lubricación de cojinetes

Las

maniobras

manuales

asociadas

a

sistemas

de

lubricación

son

fundamentalmente de alineamiento de equipos, vigilancia para corrección de posibles fugas y cambio y limpieza de filtros, en caso de no tener instalado un sistema de conmutación automática por alta presión diferencial.

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Curso básico de Operador de planta energética Sistemas de instrumentación La instrumentación de los sistemas es una pieza clave en cualquier proceso, pues nos permite conocer los parámetros físicos y/o químicos del mismo. Al igual que el resto de equipos, existe documentación específica de cada instrumento. Los instrumentos instalados en cada equipo o línea pueden facilitar la información de la variable de proceso de forma local, o mandar esta información a sala de control donde, además de ser monitorizada y registrada, permite usarse como parte del control del proceso. Los principales instrumentos en una instalación industrial son: Manómetros: Presión Termómetros: Temperatura Caudalímetros: Caudal Niveles: Nivel en un depósito Presión diferencial: Presión Analizadores: pH, sustancias, etc. Conductivimetros: Conductividad Además de las variables de proceso, es necesario conocer información propia de equipos, para ello se dispone de instrumentación como, medidores de vibraciones, magnitudes eléctricas, posiciones de válvulas, confirmaciones de apertura y cierre de válvulas, llamados finales de carrera, etc. Las maniobras de operación asociadas a la instrumentación en planta se orientan al alineado y puesta en servicio de instrumentos, además de seguimiento de variables no transmitidas a sala de control y vigilancia de fugas. 25

Curso básico de Operador de planta energética

2.2

Parada segura de equipos y sistemas

Tanto equipos o sistemas de un planta deben tener procedimientos de parada controlada, con objeto de llevarlos a posiciones seguras, tanto para el equipo como para la seguridad de las personas. Es importante diferenciar dos conceptos, por un lado la “parada controlada” y por otro el “disparo”. La diferencia está en el grado de emergencia que justifica la parada. El disparo está asociado a una parada de emergencia de la planta, por motivos de seguridad de proceso, seguridad en un equipo o riesgo sobre personas. Esta parada generalmente se ejecuta automáticamente en base a valores de consigna diseñados para tal fin, por ejemplo, disparo de un compresor por alta temperatura de uno de sus cojinetes. El transmisor de temperatura instalado en los cojinetes mandará la medida de esta a sala de control y en la lógica programada de este equipo, habrá una función que ordene el disparo del mismo si se supera una temperatura que implique daño, según las especificaciones del fabricante. Desde la operación en campo, también es posible ordenar un disparo, mediante las setas de emergencia, que son pulsadores que se disponen para ejecutar esta maniobra en caso de considerarse oportuno. La situación más representativa del uso de estas setas de emergencia, puede ser la presencia de fuego en un equipo o la fuga de alguna sustancia toxica, en cuyo caso se deberán pulsar para minimizar los daños que pueden sufrirse, tanto en las instalaciones, como en las personas. En los procedimientos de disparo la secuencia automática buscará llevar el equipo o sistema a posición segura, al igual que se deberá hacer en la parada controlada, la principal diferencia está en los gradientes de bajada de carga de 26

Curso básico de Operador de planta energética proceso. Cuando iniciamos la parada de un equipo que parte de plena carga, deberemos generalmente ir bajando progresivamente de carga hasta una posición mínima, donde lo pararemos, para finalmente dejarlo en la posición más segura, en función de las indicaciones del fabricante o del programa que tengamos establecido para él. Las maniobras manuales de operación más frecuentes asociadas a la parada de un equipo o sistema son: Aislamiento: Cierre de las válvulas manuales de entrada y salida. Embotellamiento:

Aislamiento

del

sistema,

manteniendo

las

condiciones residuales de presión y temperatura. Drenaje: Vaciado del sistema mediante apertura de válvulas de drenaje. Despresurización: Bajada de presión, generalmente por venteo del sistema mediante la apertura de las válvulas de venteo. Desplazamiento: Inyección de un fluido inerte con objeto de desplazar el fluido de proceso, generalmente hacia venteos o antorchas. Inertización: Llenado del sistema con un fluido inerte, generalmente para permitir el rearranque de sistemas de combustión en modo seguro. Al igual que se diseña y elabora un procedimiento de arranque, se debe tener un procedimiento de parada controlada de equipos y sistemas. Cada sistema necesitará de un estudio específico que se realizará en base a las especificaciones del fabricante y el análisis de escenarios, contemplando los riesgos tanto para el equipo como para las personas. Si además, es necesario

27

Curso básico de Operador de planta energética realizar tareas de mantenimiento, se deberá contar con un procedimiento de descargo, que garantice el desarrollo seguro de los trabajos. 2.3

Programación de rondas

En la actualidad, las plantas industriales se diseñan y construyen con un alto grado de automatización, esto implica que la gran mayoría de las variables de proceso tiene instrumentos que envían lectura a sala de control, con el objeto de permitir su seguimiento, registro y control. Aun así, la vigilancia en campo, es una labor complementaria, que permite confirmar el buen funcionamiento de equipos y sistemas, permitiendo actuar con adelanto ante malfunciones, cuya detección es

posible

mediante inspección visual o acústica. Por ejemplo,

pequeñas fugas o ruidos asociados a vibraciones. En definitiva, todo aquello que no recoge la instrumentación remota y que es necesario seguir in situ. La inspección local debe realizarse de forma ordenada, con objeto de asegurar un completo y sistemático control de las áreas a vigilar. El procedimiento generalmente más utilizado para esto es “la ronda”. Se basa en establecer un circuito en base a un análisis de puntos de interés a vigilar, se detallará la información que deberá registrarse en estos puntos y la cadencia con la que deberá realizarse. La ronda deberá reflejarse en un “libro de ronda”, que será cumplimentado mientras se realiza el circuito de vigilancia, quedando registrados los valores o los estados de equipos. Es importante diseñar la ronda optimizando los recorridos y reflejando la información que mejora el seguimiento y operación de la planta.

28

Curso básico de Operador de planta energética A continuación se detalla un ejemplo simple de tabla de ronda considerando tres turnos y una ronda por turno.

FECHA:

RONDA CALDERAS CÓDIGO

LUGAR

DESCRIPCIÓN

VERIFICAR

AP001

CALD. 1

Bomba alta

Nivel de aceite de

presión

lubricación

Bomba media

Nivel de aceite de

presión

lubricación

Bomba baja

Nivel de aceite de

presión

lubricación

MP001

BP001

CALD. 1

CALD. 1

M

T

N

OBSERVACIÓN

M: Turno de mañana, T: Turno de tarde, N: Turno de noche

En función de la criticidad de vigilancia local del sistema se diseñará una ronda más o menos extensa y con mayor o menor cadencia. 2.4

Descargo de equipos

El descargo es una maniobra de operación que busca garantizar la seguridad en trabajos de mantenimiento, eliminado el riesgo, de que condiciones de proceso puedan provocar un accidente. El procedimiento de diseño, colocación y levantamiento de descargos es de vital importancia para la seguridad en trabajos de mantenimiento. Se ilustrará con un ejemplo para su mejor comprensión. Supongamos una bomba que alimenta de agua a un sistema, con una presión superior a 100 bares y una temperatura mayor de 300ºC. Se detecta un problema en una válvula de control de caudal que tiene a la descarga y es necesario desmontarla y 29

Curso básico de Operador de planta energética repararla. Evidentemente nunca debe ordenarse la ejecución de este trabajo con el sistema en operación. En primer lugar debe pararse el sistema, enfriarse, aislarse y drenarse. La ejecución de estas maniobras no garantizan la seguridad del sistema a la hora de realizar labores de mantenimiento sobre él. Existe la posibilidad de cometerse el error de abrir una válvula que conecte el sistema con líneas de procesos presurizadas, que accidentalmente se arranque la bomba desde sala de control u otras muchas circunstancias que pondrían poner en riesgo la vida de las personas que trabajan sobre el equipo. Para evitar este riesgo, antes de iniciar cualquier trabajo, debe ponerse un descargo sobre el equipo o sistema que requiera una intervención. Estas maniobras de descargo consisten en dejar el sistema en condiciones seguras y sin posibilidad de alterarlas por error, mediante el uso de enclavamientos físicos. Por ejemplo, si una válvula de aislamiento debe estar cerrada, se incluirá en la maniobra el enclavamiento en esa posición mediante un candado, evitando con esto que puede abrirse accidentalmente. Una vez realizado el trabajo de mantenimiento, se quitarán los enclavamientos y se procederá al alineamiento para la puesta en servicio del sistema, a este conjunto de maniobras se les denomina “levantamiento del descargo”. Procedimiento de descargos Todo el proceso de gestión de un descargo debe estar reflejado en el procedimiento de descargos. En este documento se detallará la línea de ejecución y autorización del trabajo. La ejecución del descargo generalmente va a estar asociada a la realización de trabajos sobre equipos o sistemas, por tanto, los descargos estarán vinculados a las órdenes de trabajo asociadas a estos equipos o sistemas. Volviendo al 30

Curso básico de Operador de planta energética ejemplo de la válvula de control de caudal averiada, la primera acción a realizar será solicitar una orden de trabajo de reparación de la válvula, esta orden no podrá ser ejecutada hasta que no se tenga la debida autorización. Este permiso no se pondrá conceder hasta que el descargo del sistema no esté instalado y tengamos la seguridad de que las condiciones de trabajo son seguras. El diseño del descargo debe garantizar las condiciones seguras del trabajo. Debe especificar claramente los elementos que deben actuarse y su posición, además debe estar asociado a la autorización de trabajo.

MOT001 CCU001 VAL003

VAL001

VAL002

CERRADO ABIERTO

VAL004

VAL005

Refrigeración

Figura 7. Esquema básico de posiciones de un descargo

En el diseño del descargo asociado al esquema de la Figura 7, relativo al ejemplo de reparación de válvula de control de caudal, se deberá detallar cada elemento con su código, para evitar error de equipo, con su posición de descargo, como se muestra en la siguiente tabla:

31

Curso básico de Operador de planta energética

DESCARGO DE ORDEN DE REPARACIÓN VÁLVULA CCU001 Nº ORDEN: 5527 EQUIPO

DESCRIPCIÓN

POSICIÓN

VAL001

Aspiración bomba BOB001

CE

VAL002

Descarga bomba BOB001

CE

VAL003

Aislamiento control de caudal

CE

VAL004

Drenaje descarga bomba BOB001

AE

VAL005

Drenaje aspiración bomba BOB001

AE

MOT001

Interruptor motor BOMBA BOB001

FX

CE= Cerrado y enclavado AE=Abierto y enclavado FX= Abierto y extraído Los enclavamientos de válvulas generalmente se realizan con candaos y cadena. Los interruptores de máquinas eléctricas una vez abiertos y extraídos de su posición de trabajo se enclavan con candados. Todos los elementos afectados por un descargo se etiquetan, con objeto de poder confirmar que la posición del mismo está asociada a una orden de trabajo determinada.

32

Curso básico de Operador de planta energética

Nº DE ORDEN: EQUIPO: DESCRIPCIÓN: POSICIÓN:

NO OPERAR EQUIPO EN DESCARGO PERSONAL TRABAJANDO Figura 8. Etiqueta de elemento en descargo

La instalación del descargo en campo es de vital importancia para garantizar la seguridad del trabajo, las maniobras deben confirmar que los sistemas quedan en posición segura para desarrollar las labores de mantenimiento. Así mismo, el levantamiento de un descargo debe realizarse verificando la correcta puesta en servicio de los sistemas.

33

Curso básico de Operador de planta energética

3. Fundamentos de operación desde sala de control 3.1

Sistemas de control distribuido

Actualmente los procesos se operan mediante sistemas de control basados en procesadores. Desde los distintos equipos de planta se envían señales de estado y variables de proceso, que son procesadas mediante cálculo computacional. La corrección de variables se comanda mediante señales de salida que actúan sobre los elementos de control, regulando valores de caudal, temperatura, presión o nivel. A toda la arquitectura que compone este sistema de control que le denomina control distribuido. Existe extensa documentación sobre arquitectura y control de procesos, se facilitan algunos enlaces: http://web.udl.es/usuaris/w3511782/Control_de_procesos/Unidades_files/apunt es_10-11.pdf http://pastranamoreno.files.wordpress.com/2011/03/control_procesosvalvulas.pdf http://es.slideshare.net/dsrpato/instrumentacioncontrolprocesos

34

Curso básico de Operador de planta energética

SISTEMA 1 Comunicación bidireccional

SISTEMA 2

SISTEMA 3

PROCESADORES

SALA DE CONTROL

SISTEMA 4 SISTEMA 5

Figura 9. Esquema de control distribuido

A continuación enumeramos algunos de los elementos más destacables del control de procesos cuyo conocimiento es imprescindible para la operación de una planta. Medida de un instrumento Es el valor de una variable de proceso, de una posición o de un estado. Es la información que recibimos de campo, por medio de los instrumentos instalados en este. Los valores más frecuentes son presión, caudal, temperatura y nivel. También se pueden recibir en sala de control medidas de posición de válvulas o estados de apertura y cierre, además de estados de arranque y paro de motores. Controlador Elemento que recibe la información de campo, medida, y en función de una consigna o también llamado set-point, emite una respuesta de control sobre un elemento actuador, para mantener este valor de consigna. Se ilustrará un 35

Curso básico de Operador de planta energética ejemplo que permite su mejor comprensión. Supongamos un depósito que debe mantener un nivel del 50%, para esto se instala una válvula de control de nivel que aporta agua. El controlador tiene por función recibir la medida de nivel, compararla con la consigna del 50% y ordenar a la válvula que se mantenga en una posición para conseguir este balance. La programación de los controladores es una de las partes más importantes del diseño de un control de proceso. El controlador más extendido es el PID, denominado así por contener tres funciones, proporcional, integral y derivada. La combinación de estas tres funciones genera una respuesta que adaptará el comportamiento del sistema al de la demanda. El óptimo ajuste de un controlador es la clave de la estabilidad de un sistema. Supongamos que ante una caída de nivel moderada, el controlador actúa ordenado una apertura súbita de la válvula. El depósito se llenaría de forma no equilibrada, por la respuesta no proporcional del controlador. Existe extensa documentación sobre el ajuste de controladores, debido a que es una pieza fundamental en el diseño de un proceso. Lazo de control Al conjunto de elementos que interactúan en un control simple se le denomina lazo de control. Contempla la relación entre la medida, el set-point y la respuesta del controlador. Excluyendo las órdenes directas de encendido y apagado, el lazo de control es el elemento básico de la regulación.

36

Curso básico de Operador de planta energética

Set point

Transmisor de nivel

-

+

Error Respuesta Controlador

Figura 10. Lazo de control de nivel básico

La señal de entrada al controlador es el error, calculado como la diferencia entre la medida y el set-point. Set-point Denominado también consigna, representa el valor de proceso en el que debe mantenerse una variable. Para lazos sencillos este valor es impuesto por el Operador en función de las condiciones de diseño. Otra posibilidad es que la respuesta de otro controlador sea el valor de entrada del set point en el lazo, en este caso, se denomina lazo de control en cascada con set point en control externo. Dependiendo de la programación del control, el Operador tendrá dos opciones, indicar él el valor de consigna o que el propio sistema, en automático, determine qué valor debe ser impuesto al proceso.

37

Curso básico de Operador de planta energética Programa Un programa es una secuencia de órdenes emitidas a diferentes equipos, con el objeto de secuenciar arranques o paradas. Supongamos que el sistema de la Figura 10 es alimentado por una bomba. Para poner en marcha este sistema debería arrancarse la bomba y ponerse en control automático de nivel la válvula. Estos dos pasos se pueden ejecutar manualmente o incluirlos en un programa que los ejecute de forma secuencial.

Programa

Set point

Transmisor de nivel

-

Paso 1: arranque bomba

+ Error

Paso 2: control automático de nivel

Controlador

Figura 11. Programa básico de dos pasos

Los programas pueden tener dos modos de iniciarse, manualmente ejecutados por el Operador o automáticamente por orden de una señal externa, generada por otro programa u otro elemento del sistema. Los pasos de un programa se ejecutan secuencialmente en orden, pero antes de saltar entre dos pasos será necesario cumplir unos criterios, que pueden ser de estados de sistemas o simplemente de tiempo. En el ejemplo de la Figura 11, una vez ordenado el arranque de la bomba, se deberá esperar la 38

Curso básico de Operador de planta energética confirmación del arranque, antes de ejecutarse el paso 2, de control automático de nivel. La configuración lógica de un paso incluye una puerta “Y”, una puerta “O”, un módulo de tiempo y un módulo de salida de comando. Se recuerda que para activar una puerta “Y” es necesario que todas sus entradas estén activadas, mientras que una puerta “O”, solo es necesario que una de ellas lo esté.

PROGRAMA

Orden de arrancar bomba Comando

Puerta “O”

Puerta “Y”

Contador



Puerta “Y”

Contador



Confirmación bomba arrancada

Comando

Puerta “O”

Orden de control válvula

Figura 12. Configuración de pasos de programa

Según se muestra en la Figura 12, la programación de la secuencia impide que la válvula de control comience a regular hasta que no tengamos confirmación de bomba arrancada. Permisivos El permisivo no es un elemento de control, es un concepto importante de operación, que requiere una explicación más detallada. Prácticamente cualquier elemento, bomba, válvula o programa, antes de arrancarse o pararse, tiene que cumplir una serie de condiciones, el conjunto de estas se denomina 39

Curso básico de Operador de planta energética permisivo. Supongamos el arranque de una bomba que aspira agua de un tanque. Antes de ejecutarse la orden de arranque de la bomba han de cumplirse una serie de condiciones, como son, el nivel del tanque sobre un valor determinado, o la confirmación de apertura de válvula de aspiración, si esta es automática. Al conjunto de condiciones de arranque de la bomba se le denomina permisivos de arranque y es aplicable también a parada de equipos o programas. Ver Figura 13.

Nivel tanque > 50%

Válvula abierta Permisivos Orden de arranque

=Puerta “Y”

Figura 13. Esquema de permisivos

Pantallas de operación Las consolas sobre las que interactúa el Operador, son las más pantallas de operación o también llamado MMI (Man Machine Interface). Mediante el diseño de esquemas se representa el proceso completo, permitiendo maniobrar los distintos elementos, de tal forma que sea posible abrir y cerrar válvulas, poner lazos de control en automático, arrancar maquinas o programas, etc. Cada sistema estará compuesto por varias pantallas, permitiendo al Operador 40

Curso básico de Operador de planta energética navegar por la planta al completo. Además de la representación gráfica de la planta, también es necesario tener pantallas de alarmas y curvas, como herramientas indispensables para la operación de la planta.

Figura 14. Pantalla de proceso

Al abrir cada uno de los elementos, este desplegará una ventana, donde podremos establecer el estado que deseamos alcanzar. Apertura o cierre de una válvula, conmutación de manual a automático en un controlador, arranque o parada de un programa, establecer un valor de consigna para un set-point, etc. 3.2

Coordinación sala de control con sistemas en campo

Aunque los sistemas de control distribuido mantienen un alto grado de control y vigilancia sobre los equipos de campo, la buena comunicación entre el equipo Operadores de salas de control y de Operadores de campo es vital para una 41

Curso básico de Operador de planta energética óptima operación. Desde sala de control se puede perder la perspectiva de dimensión de determinados equipos o sistemas, así mismo, desde campo se puede perder la perspectiva de proceso en su conjunto. En el arranque de los sistemas, ambos equipos deben tener claro las maniobras a realizar, de tal forma que la ejecución del procedimiento sea lo más ágil posible. Desde campo siempre deben confirmarse las maniobras manuales a sala de control, además de informar de anomalías detectadas por inspección visual o acústica. En la parada de sistemas también la coordinación es muy importante, marcándose las prioridades de actuación desde sala de control. Cuando la parada se realiza vía disparo, los procesos son más inestables, y esto puede implicar actuaciones menos programadas con objeto de adaptarse a los imprevistos del momento. En función de las dimensiones del equipo y de la planta, los equipos de campo se subdividen en parejas. Cada pareja se responsabiliza de un área de la planta, que corresponde generalmente con un número determinado de sistemas.

Cada

Operador

se

coordina

con

las

parejas

en

campo

correspondientes a los sistemas que opera desde sala de control. Esta estructura de organización puede modificarse en función del tipo de planta, adaptándose a las características propias de esta. La organización en parejas se justifica desde el punto de vista de seguridad, pero puede no ser así, en función del análisis de riesgos de la instalación.

42

Curso básico de Operador de planta energética 3.3

Operación elementos sobre pantalla

Los pictogramas que se utilizan para el diseño de los esquemas, que representan los sistemas, son los diferentes elementos operables de una instalación. En las pantallas de operación se tendrá acceso a válvulas, bombas, interruptores, válvulas controladoras, compresores, turbinas, programas, etc. La interface de cada fabricante de sistemas de control tendrá una característica específica, que deberemos conocer a la hora de operar un sistema. A continuación detallaremos ventanas con modelos genéricos que nos permitan conocer las posibilidades más comunes de operación. Válvula todo o nada

VAL001 Código del equipo

Válvula de alta presión Descripción del equipo

Orden de cerrar. Puede necesitar de confirmación con EJECUTAR Confirmación de orden

Pictograma de válvula. Puede conmutar de color en función de su posición

Orden de abrir. Puede necesitar de confirmación con EJECUTAR

CERRAR

ABRIR

EJECUTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 15. Válvula todo o nada

La actuación sobre una válvula todo o nada permite únicamente dos posibilidades, abrir o cerrar, para abrir se pulsará el botón

y posteriormente

EJECUTAR, esta combinación de dos órdenes asegura la no ejecución de una 43

Curso básico de Operador de planta energética orden por error o por pulsado accidental. Para cerrar se pulsará el botón

y

posteriormente EJECUTAR como confirmación de orden. Generalmente se deberá recibir confirmación de cierre o apertura, para esto es necesario tener instalados finales de carrera en la válvula, pequeños pulsadores que se accionan al llegar la válvula a posición de cierre y apertura. La confirmación de las dos posiciones límite, suele implicar el cambio de color del pictograma que representa la válvula. Además del cambio de color por posición, el sistema puede estar diseñado para que los botones de órdenes cambien de color en función del permisivo que tengan en un momento determinado. Por ejemplo, una válvula cerrada puede tener el botón de actuarlo y el botón

en verde, indicando la posibilidad

en rojo, indicando que no es posible en ese momento

ejecutar la orden de cierre, porque la válvula ya se encuentra cerrada. Válvula todo o nada con parada intermedia

VAL001 Código del equipo

Válvula de alta presión Descripción del equipo

Pictograma de válvula. Puede conmutar de color en función de su posición Orden de parada. Congela progresión del movimiento

Orden de cerrar. Puede necesitar de confirmación con EJECUTAR Confirmación de orden

CERRAR

ABRIR

EJECUTAR

CERRAR

Orden de abrir. Puede necesitar de confirmación con EJECUTAR Cierre de la ventana

Figura 16. Válvula todo o nada con parada intermedia

44

Curso básico de Operador de planta energética Este modelo de válvula sólo se diferencia del anterior, en la posibilidad de parar la progresión de apertura o de cierre en cualquier punto intermedio de su recorrido. Para congelar el movimiento solo es necesario pulsar

, permitiendo

su reanudación mediante el pulsado nuevamente de apertura o cierre. Válvulas con control manual de pasos

VAL001 Código del equipo

Pictograma de válvula. Puede conmutar de color en función de su posición

Válvula de alta presión Descripción del equipo

%

Orden de cerrar por pulsos

Confirmación de orden

Orden de abrir por pulsos

CERRAR

ABRIR

EJECUTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 17. Válvula con control manual de pasos

Esta válvula ofrece la posibilidad de ejecutar órdenes de apertura o cierre en intervalos. Generalmente los pulsos pueden programarse, de tal manera, que cada vez que pulsamos alguno de los botones

la válvula se desplaza un

% definido, frecuentemente 1%. Así mismo, es posible ver % de posición de válvula, para esto existen dos posibilidades, la llegada de la señal de un posicionador instalado en la propia válvula, o que este valor sea la demanda que se está solicitando, en cuyo caso no se tendría certeza de la posición real. Válvula de control 45

Curso básico de Operador de planta energética

VAL001 Código del equipo

Válvula de alta presión Descripción del equipo

-100

0

100

Conmutador manual-automático

Desviación

A

Orden de cerrar por pulsos

Confirmación de orden

Orden de abrir por pulsos

CERRAR

ABRIR

EJECUTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 18. Válvula de control

La ventana de la válvula de control generalmente incluirá la información de su operación manual, además de las señales características del controlador para la opción automática de operación. Pulsando el botón

A

se conmuta de la

opción manual a automático, generalmente es necesaria la confirmación de EJECUTAR. Al pasar a este modo, entra a funcionar el Lazo de control, según los principios mostrados en la Figura 10. Uno de los valores más interesantes contenidos en la ventana es la desviación, que es la diferencia entre la demanda y la posición real. Además es posible encontrar ventanas con más información, la posición real, el error, etc.

46

Curso básico de Operador de planta energética Set point

SP001 Código del control

Set point de alta presión Descripción del set point

100

0

Valor demandado

Conmutador consigna interna-externa

50 %

Ventana de introducción de consigna

A

Orden de aumentar por pulsos

Orden de disminuir por pulsos DISMINUIR

Confirmación de orden

EJECUTAR

AUMENTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 19. Set point

La ventana correspondiente al set point puede tener muchos elementos en común con el controlador, la diferencia reside en que no se están ejecutando ordenes de apertura, cierre o control, se están estableciendo las consignas para las variables de proceso. Los botones de incremento de posición, son de incremento de demanda. Además, se suele disponer de una ventana para introducir el valor exacto de la consigna. El concepto de manual y automático cambia a interno y externo, siendo el primero la opción que tiene el Operador a detallar el valor de la consigna y el segundo, a la posibilidad de trabajar en cascada, es decir, que el valor demandado sea generado por un controlador externo u otra señal no establecida directamente por el Operador.

47

Curso básico de Operador de planta energética Marcha o paro de una bomba

BOM001 Código del equipo

Bomba de alta presión Descripción del equipo

Pictograma de bomba. Puede conmutar de color con el cambio de estado

Orden de parada

Orden de arranque ARRANCAR

PARAR

Confirmación de orden

EJECUTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 20. Ventana de bomba

La ventana asociada al arranque o paro de una bomba sólo tiene estas dos opciones, que generalmente deben ir confirmadas con el botón EJECUTAR. Al igual que los módulos de válvulas los pictogramas pueden cambiar de color en función del estado. Con la confirmación de que el interruptor ha cerrado se considerará que la bomba está en marcha y tendrá un color y conmutará a otro si el interruptor abre. Es importante destacar que la orden se genera para abrir o cerrar el interruptor eléctrico correspondiente al motor que arrastra la bomba, es decir, este mismo pictograma puede ser utilizado en otros equipos acoplados a motores eléctricos, como compresores, soplantes, etc.

48

Curso básico de Operador de planta energética En equipos con tracción diferente a motores eléctricos, como turbobombas, el arranque se realiza mediante el alineamiento de válvulas, que pueden ser secuenciadas de forma manual o con un programa de arranque. Conmutador de equipos

ASO001 Código del conmutador

Conmutación de alta presión Descripción del sistema

Equipo 1

Confirmación de orden

1

2

EJECUTAR

CERRAR

Equipo 2

Cierre de la ventana

Figura 21. Conmutador de equipos

El módulo de conmutador de equipos tiene como finalidad establecer la prioridad de arranque de un equipo cuando existe una redundancia de los mismos. Además, ordena de forma automática el arranque del equipo que queda en espera, si se produce una parada del seleccionado con prioridad. Los equipos críticos de las plantas, generalmente son redundantes. Existen dos redundancias clásicas, cuando hay dos equipos que suministran el 100% de la carga demandada por el sistema, manteniendo uno en marcha y otro espera, y cuando hay tres equipos que suministran cada uno el 50%, manteniendo dos 49

Curso básico de Operador de planta energética arrancados y uno en espera. Uno de los ejemplos más sencillos de entender es con las bombas de alimentación de agua a una caldera, son equipos críticos, no debe pararse una caldera por el fallo de una bomba, por tanto se duplican, quedando una de ellas en redundancia, lista para su arranque en caso de parada de la que está en funcionamiento. Mediante el módulo de conmutación de equipos seleccionamos la bomba que deseamos arrancar primero y mantenemos la otra en espera, preparada para el arranque por alguna incidencia de la primera. Para operar este módulo solo es necesario pulsar el botón correspondiente al equipo que queremos priorizar y confirmar la selección pulsando EJECUTAR. Generalmente el conmutador estará complementado con el módulo de pulsador, que se detalla a continuación. Pulsador Este módulo se utiliza muy frecuentemente, sirve para emitir una orden a cualquier equipo o modulo. Internamente genera un valor binario, que es utilizado para activar el arranque o parada de un equipo, o la conmutación de manual a auto de un control.

50

Curso básico de Operador de planta energética

PUL001 Código del pulsador

Pulsador auto sist. AP Descripción del sistema

Confirmación de orden

EJECUTAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 22. Pulsador

La operación de este módulo está limitada a dos posiciones, activado y desactivado, pulsando

se activa y genera la orden, y al volver a pulsarlo se

desactiva y genera una orden opuesta, ambas opciones deben ir acompañadas de EJECUTAR.

51

Curso básico de Operador de planta energética Programa

PR001

Código del programa

Arranque/paro AP Descripción del programa

P

Conmutador automáticomanual

Orden de salto de paso

2 Indicador Nº de paso Orden de parada de programa

A PARAR

Confirmación de orden

Orden de arranque de programa

EJECUTAR

ARRANCAR

CERRAR

Cierre de la ventana

Figura 23. Módulo de programa

El programa inicia la secuencia de arranque o parada de un sistema pulsando los botones

y confirmando mediante EJECUTAR. En la misma ventana

generalmente puede verse el nº de paso y además es posible ordenar un salto de paso. Esta opción es útil si se conocen perfectamente las condiciones necesarias entre pasos y ante el requerimiento de un permisivo determinado, el Operador opta por ordenar el avance de la secuencia. Esta acción sólo se realiza con el conocimiento profundo del programa y del proceso que se está operando. Combinación de módulos En el control y operación de una planta, los módulos presentados actúan de forma combinada, como parte del control global del proceso, todo este conjunto se conoce como lógica del sistema o lógica funcional, cuya misión es 52

Curso básico de Operador de planta energética permitir el control automático del proceso como herramienta principal del Operador. Supóngase el arranque automático de una caldera de vapor, que necesita una secuencia, empezando por el llenado con agua del depósito de alimentación y el arranque de las bombas de alimentación al evaporador, considerando un diseño con dos bombas redundantes, para asegurar el paso continuo de agua, en caso de avería de una de ellas.

PROGRAMA ABRIR VÁLVULA NIVEL >50%

Evaporador

CONTROL DE NIVEL ARRANQUE BOMBA

PULSADOR

CONMUTADOR

Figura 24. Esquema simple de programa con arranque de bomba

El esquema expuesto en la Figura 24 representa la combinación de un módulo de programa con diferentes pasos, para el inicio de arranque de una caldera, donde se ha utilizado un módulo pulsador con conmutador, para el arranque del sistema de bombeo redundante. Las maniobras que el Operador debe

53

Curso básico de Operador de planta energética realizar en un sistema como este son: Revisión de estado de equipos, ejecutar programa de arranque, supervisión de secuencia de puesta en marcha. 3.4

Herramientas de operación. Diagramas funcionales, curvas y alarmas

El Operador, además de las pantallas de operación, donde ejecuta las maniobras de arranque, parada y control de equipos y sistemas, cuenta con otras herramientas, dentro del sistema de control, que son de especial utilidad para el seguimiento, anticipación y corrección de variables de proceso. Por tanto se debe tener conocimientos de: Navegación e interpretación de diagramas funcionales, parametrización e interpretación de curvas de proceso e interpretación y respuesta ante alarmas. Diagramas funcionales La lógica que controla un proceso se representa mediante esquemas, conocidos como diagramas funcionales. Todas las condiciones de arranque o parada de equipos y sistemas, parámetros de control, secuencias, etc. está representada en estos diagramas. Es importante que el Operador disponga de esta información, para solucionar problemas que no son detectables con la simple inspección del proceso. Supongamos que un equipo tiene diversas condiciones de arranque, llamados permisivos, algunos de ellos serán evidentes, el nivel antes de arrancar una bomba, por ejemplo, pero otros no serán tan evidentes, como la combinación de varias temperaturas. Poder acceder a esta información facilitará al Operador el arranque del equipo. Los diagramas funcionales pueden facilitarse en diversos formatos. Se puede disponer de una copia en papel de los mismos, pero actualmente no es frecuente trabajar sobre este soporte, debido a que obliga a tener un control 54

Curso básico de Operador de planta energética documental y además su manejo es menos practico. El soporte digital con posibilidad de navegación es otra opción, que mejora la accesibilidad a la información, aunque implica una actualización continua en función de los cambios realizados en la lógica original. En algunos sistemas de control, este soporte está integrado en las propias pantallas de operación. El Operador al abrir la ventana de control un equipo tiene la posibilidad de acceder a la lógica interna que lo comanda, permitiendo el propio sistema la navegación sobre este. La última opción es el acceso a las estaciones de ingeniería, con restricción de permisos de usuario. Estas estaciones son las usadas para la programación de la lógica. El Operador puede navegar dentro de la programación original, en el momento en el que se está ejecutando. Generalmente los permisos de usuario concedidos al Operador en este modelo, son de solo lectura, para evitar modificaciones por error que podrían alterar el control del sistema. Dentro de los diagramas funcionales deben estar representados los módulos explicados en el punto de Operación elementos sobre pantalla, de forma interna, es decir, con el diseño lógico. Además deben aparecer módulos, tanto de carácter analógico, cómo binario. Los planos de sobre los que se diseña la lógica generalmente están estructurados con puertas de entrada y salida de señal, y en el área central se representa la lógica que controla el proceso.

55

Curso básico de Operador de planta energética

ENTRADAS PASO 3 PR001 ON VAL001 abierta XB01 NIV001 >50% XB03

OFF

CB

EN

EN

MO001

OFF

ON

CB ON

SALIDAS VAL002 PERMISO

Figura 25. Diagrama funcional

Supóngase un tanque del que aspira una bomba (MO001) con válvulas automáticas de aspiración (VAL001) y descarga (VAL002). Se ha programado una secuencia de arranque que llena el tanque y cuando el nivel supera el 50% da orden de arranque a la bomba y abre la válvula de descarga. El diagrama funcional de arranque de bomba puede representarse según la Figura 25. Diagrama

funcional,

donde

como

confirmación de válvula abierta, NIV001 >50% XB03

del programa,

señales

de

VAL001 abierta XB01

entrada

tendremos

la

, el nivel sobre el 50%,

y la orden de arranque de bomba generada en el paso 3

PASO 3 PR001 ON

. Las dos primeras son señales de

permisivo, de ahí que finalicen en la entrada EN, su interpretación es que son necesarias estos dos señales cumplidas para que la bomba tenga permiso para arrancar. La orden de arranque le llegaría al módulo de la bomba desde el paso 3. Una vez arrancada esta, tendríamos la confirmación de arranque en la señal

56

Curso básico de Operador de planta energética CB ON, que se usará como permisivo de apertura de la válvula de descarga. Siendo esta última una señal de salida, VAL002 PERMISO

.

Cada fabricante de sistemas de control representará sus módulos de una manera diferente, generalmente aquellos que están normalizados se representan bajo las normas ISA, pero aquellos que son desarrollados por el fabricante, porque permiten diferentes posibilidades, tienen un formato propio. Es importante conocer la interpretación de los principales módulos en la operación de la planta, para poder solucionar imprevistos que puedan surgir. Generalmente no es necesario conocer su parametrización, pues es labor de los expertos en control el ajuste de esta. Curvas de proceso Otra herramienta fundamental para la operación de una planta es la representación de la tendencia de los principales parámetros, conocidas como curvas de proceso. En los modelos de control antiguos, basados en sistemas de analógicos, el operador vigilaba los procesos desde una perspectiva de mural, llamado panel. Los indicadores, las válvulas y los motores eran luces físicas instaladas en la sala de control, cada luz o cada maneta, era un elemento en campo. Con los sistemas de control actuales, el Operador dispone de pantallas que representan los sistemas. El Operador tiene frente a él cada sistema cuando lo tiene presente en su monitor, pero si cambia de pantalla deja de vigilarlo. Se debe tener en cuenta que actualmente se concentran decenas de sistemas en unas pocas pantallas, mientras que con los sistemas antiguos requerían de salas de control gigantescas y un número mayor de Operadores actuando sobre ellas. El inconveniente es que actualmente el Operador no 57

Curso básico de Operador de planta energética vigila el proceso en su conjunto desde las pantallas, por tanto, necesita auxiliarse de otras herramientas que le permitan controlar las variables más importantes, siendo las curvas de operación las que mejor pueden ayudarle. Las curvas son la representación gráfica de las principales variables del proceso, la parametrización generalmente la realiza el Operador con el objeto de adaptarla a su mejor interpretación, por ejemplo, si una caldera tiene un calderín con un nivel determinado de agua, este será crítico para el óptimo funcionamiento del proceso, por tanto tendrá diseñado un sistema de seguridad que ante un bajo nivel, se producirá un disparo. El operador establecerá un rango de tiempo suficiente como para que le permita ver un cambio de tendencia, y establecerá un rango de medida, que contenga el disparo y le permita anticiparse a él. En el caso del nivel del calderín, que tiene un valor normal de trabajo del 60%, un disparo por bajo nivel al 20% y otro por alto nivel al 90%, su parametrización puede ser en un intervalo de una hora con un rango mínimo entre el 20% y el 80%. En cada sistema se seleccionaran las variables más críticas, buscando que representen el comportamiento general del proceso. Estas pantallas, sí permanecerán a la vista del Operador en todo momento. Cada curva se traza de un color diferente, de tal forma que el cambio de tendencia de una o varias de ellas, pueda ser detectado por el Operador rápidamente, y le sea sencilla la identificación directa de la variable que está cambiando.

58

Curso básico de Operador de planta energética

Figura 26. Curvas de proceso

Pantalla de alarmas Las alarmas son los avisos generados por el sistema, con objeto de alertar al Operador de una malfunción. La utilidad de las alarmas está en avisar con suficiente tiempo, como para que el Operador pueda iniciar acciones correctivas en el proceso y evitar que se produzca el disparo. Aunque también, son configuradas como confirmación de que las protecciones programadas en el sistema han tenido que actuar, ordenando el disparo de forma automática. Generalmente se establece una clasificación de alarmas, diferenciadas por letras y colores. Supóngase un deposito cuyo nivel no debe superar un valor determinado, por implicar riesgos de vertido por rebose. Si su valor normal de operación es del 50%, es evidente que no deberemos actuar drásticamente si este valor llega al 55%, pues esta situación puede ser puntual y los controles automáticos reconducirían el nivel a su punto de trabajo. El sistema de alarmas 59

Curso básico de Operador de planta energética debería comenzar a avisarnos cuando se supere el 60%, sin que esta alarma implique una respuesta urgente por parte del Operador, tan solo el conocimiento de que un valor se está saliendo de su rango de operación normal, la actuación generalmente ante este primer aviso es de vigilancia y corrección en caso de que se detecte un problema con algún elemento. Si el nivel continúa subiendo, al alcanzar el 70% se configurará otra alarma que tenga un carácter de actuación más urgente, pues la desviación de un 20% puede requerir de la actuación del Operador. Si el nivel supera en 90%, el sistema debe estar configurado para ejecutar sus protecciones, avisando con una alarma de alto riesgo y generando señales de cierre a las válvulas de alimentación. Los valores detallados en el ejemplo, no serán estandarizados, cada sistema requiere de un estudio, que ajusta los rangos más óptimos para el proceso que controla. Los criterios van a depender de la criticidad del equipo o sistema, de la respuesta del proceso o de la seguridad para el propio equipo o las personas. Cuando una alarma aparece en la pantalla del Operador, debe mantenerse hasta que la desviación que la originó desaparezca o que el propio Operador la reconozca, esta última maniobra se realiza cuando se conoce el proceso y bajo el criterio técnico del Operador no considera que deba permanecer presente, recordándole continuamente que se encuentra activa. Generalmente, un criterio utilizado para indicar que una alarma ha aparecido y ha pasado a un estado de reconocida o el valor ha vuelto a su rango de diseño, es mediante la velocidad de intermitencia. La alarma que se produce en un sistema, aparece intermitente con alta cadencia, si esta es reconocida por el Operador, se queda constante y si vuelve a su valor de diseño, parpadea lentamente y si el Operador la 60

Curso básico de Operador de planta energética reconoce, desaparece. Todas estas opciones pueden variar en función del fabricante del sistema de control. La codificación de colores puede variar en función del fabricante, pero generalmente, cuanto más cerca estamos del disparo, se suelen utilizar colores del tipo amarillo o rojo, simbolizando la idea de peligro. Una clasificación de alarmas puede ser la que se muestra en la Figura 27.

T

P

A

Alarma de tipo “T”, implica el preaviso de que una variable está fuera de su valor de diseño, no implica actuación automática. Es una llamada de atención al Operador. Alarma de tipo “P”, implica una desviación mayor del valor de diseño. Representa una solicitud de mayor atención al Operador. Puede implicar acciones automáticas correctivas. Alarma de tipo “A”, implica una desviación de riesgo para el sistema. Representa una solicitud de máxima atención al Operador. Implica acciones automáticas de protección.

Figura 27. Clasificación de alarmas en tres niveles

61

Curso básico de Operador de planta energética

4. Principios de arranque, operación y parada de equipos principales Los detalles de arranque, operación y para de equipos y sistema deben ser facilitados por el fabricante o la ingeniería que los diseño. En grandes proyectos industriales, compuestos por múltiples equipos y sistemas, la puesta en producción de la instalación pasa por diferentes fases. Una vez realizada la ingeniería básica y de detalle, en los proyectos se suceden las siguientes fases: Obra civil, montaje, puesta en marcha y explotación. La fase de puesta en marcha es aquella donde se inician los procesos, se regulan y se dejan en las mejores condiciones para su explotación. Generalmente es en esta fase donde se elaboran los procedimientos de operación, detallándose las maniobras de arranque y operación de la planta. Por tanto cada equipo, sistema o planta debe tener sus procedimientos de operación específicos y detallados, para la correcta explotación de la planta. En este capítulo sólo se desarrollaran los principios más generales de algunos de estos sistemas. 4.1

Arranques y operación de calderas o sistemas de agua vapor

Se englobará en este punto los principios de arranque de los grandes equipos de producción de vapor, que pueden estar diseñados exclusivamente para tal fin, las calderas de centrales térmicas convencionales o aquellos sistemas que son utilizados para refrigerar equipos que trabajan a altas temperaturas y que como consecuencia de este hecho producen vapor. Los equipos de generación de vapor deben cumplir una serie de condiciones iniciales de arranque, principalmente asociadas a temperatura. Este criterio siempre va a depender de la temperatura mínima de trabajo. Supongamos una caldera de recuperación que produce vapor por el paso de gases calientes, si 62

Curso básico de Operador de planta energética el equipo que le suministra estos gases los emite a una temperatura mínima de 300º C, la diferencia respecto a la caldera puede ser superior a 250º C, cuando esta se encuentra a temperatura ambiente. El fabricante en este caso impondrá un proceso de precalentamiento antes del arranque del equipo, hasta que la diferencia de temperatura sea asumible, según diseño. Los sistemas de precalentamiento generalmente son calderas auxiliares de vapor instaladas y diseñadas para este fin, aunque pueden encontrarse sistemas con otros flujos de calor, siempre que se respeten las rampas de calentamiento. Además de los criterios de temperatura, el arranque de un sistema de aguavapor debe iniciarse con el llenado de los sistemas, la puesta en marcha de las bombas de alimentación y circulación, y el control automático de los niveles. A partir de aquí, se buscarán criterios de temperatura, si así lo requiere y se procederá al inicio de circulación de la fuente primaria de calor. Aparte de las condiciones físicas que debe cumplir un sistema de agua-vapor antes de su arranque, hay que tener en cuenta el acondicionamiento químico. Este factor es muy importante en la operación de una caldera, pues la vida útil de la misma está directamente vinculada a la protección frente a la corrosión que desarrolle durante su operación. A nivel industrial generalmente se utiliza agua desmineralizada como agua de proceso, los tres parámetros más críticos son el pH, el oxígeno disuelto y la conductividad. Para mantener estos valores en control se usan sistemas de aditivación química, mediante bombas dosificadoras, o sistemas de purga y venteo continuos. Desde el punto de vista de la operación, estos sistemas deberán estar en servicio como una condición más del arranque y su control se realizará en función de la desviaciones analíticas, que pueden ser en línea o realizadas por un laboratorio. En el 63

Curso básico de Operador de planta energética cuadro de la Figura 28 se detallan los requerimientos químicos según la BS 2486. VALORES REQUERIDOS AGUA DE ALIMENTACIÓN Dureza total < 2 ppm Contenido de oxígeno < 8 ppb Dióxido de carbono < 25 mg/l Contenido total de hierro < 0,05 mg/l Contenido total de cobre < 0,01 mg/l Alcalinidad total < 25 ppm Contenido de aceite < 1 mg/l pH a 25 ºC 8.5 – 9.5 VALORES RECOMENDADOS AGUA DE CALDERA. pH a 25 ºC 10.5 - 11,8 Alcalinidad Total CaCO3 < 700 ppm Alcalinidad Cáustica > 350 ppm Secuestrantes de Oxígeno: Sulfito de Sodio 30 – 70 ppm Hidrazina 0.1 – 10 ppm Taninos 120 – 180 ppm Dietilhidroxilamina 0.1 – 1.0 ppm (en agua alimentación) Fosfato Na3PO4 30 - 60 mg/l Hierro < 3.0 ppm Sílice 150 ppm Sólidos disueltos < 3500 ppm Sólidos en suspensión < 200 ppm Conductividad < 7000 uS/cm

Figura 28. Requerimientos de agua según BS2486

Una condición particular de los equipos con combustión es la confirmación de atmósfera segura antes del proceso de ignición, para estos se disponen de analizadores en línea y de sistemas de barrido con gases inertes. Como media 64

Curso básico de Operador de planta energética de seguridad importante nunca se iniciará un proceso de ignición sin la confirmación de atmósfera segura. En líneas generales las maniobras de arranque de un sistema de agua-vapor son: 1

Alineados de equipos

2

Llenado con agua de calidad requerida

3

Puesta en control de los sistemas de alimentación

4

Puesta en marcha de los sistemas de recirculación

5

Puesta en marcha de la dosificación química

6

Calentamiento inicial de los equipos, si es requerido.

7

Encendido de la fuente primaria de calor (quemadores, corriente de gases, etc.)

Fase de presurización de un sistema de agua-vapor Los sistemas de agua-vapor requieren de una fase de presurización, hasta alcanzar los valores de diseño. Esta etapa es excepcionalmente importante pues se deben controlar los cambios de estado que se van a producir en el equipo. Poner en servicio una caldera, no es solamente asegurarnos una presión de suministro, es asegurarnos además un caudal determinado. Un equipo de producción de vapor es aquel que convierte un caudal determinado de agua en vapor a una presión de diseño, manteniendo todo el sistema en equilibrio, es decir, el caudal de vapor demandado a la presión requerida. La regulación más frecuente es por presión, evacuando vapor hacia la atmósfera o un condensador según una rampa determinada. Una vez 65

Curso básico de Operador de planta energética alcanzados los valores de diseño se puede realizar la conmutación hacia el sistema al que alimentar.

Vapor Calderín

Evaporador

CALOR

Bomba de alimentación Bombas de recirculación

Figura 29. Esquema básico de sistema agua-vapor

La fase de presurización debe realizarse de forma controlada y en base a una rampa que minimice el riesgo de daños a los equipos. En la fase de puesta en marcha se establecerán estas rampas de máximo gradiente, programándose dentro del control mediante un lazo en control de presión en la válvula de salida de vapor del calderín. Generalmente la válvula de alimentación tendrá un lazo de control de nivel. En esta fase se produce el conocido hinchamiento de calderines, que es un incremento más o menos súbito del nivel del calderín, motivado por la formación de burbujas de vapor en la masa de agua. Al ocupar mucho más volumen el vapor que el agua en estado líquido, la formación de 66

Curso básico de Operador de planta energética burbujas debido al inicio de cambio de estado hace que el nivel suba de forma acelerada. Es necesario conocer los puntos de hinchamiento de un calderín para programar un lazo de control que lo controle de forma adecuada. Evidentemente si las rampas de aporte de calor son demasiado bruscas, este fenómeno puede llegar a ser casi incontrolable, de ahí que sea muy importante controlar también este aporte en sistemas que son regulables. Gradientes muy elevados de aporte de calor, además de provocar importantes estreses térmicos, pueden forzar vaporizaciones súbitas, que llevarían a daños en tuberías y deterioro general prematuro de la instalación. Operación de sistema de agua-vapor Una vez estabilizados los niveles de un sistema de producción de vapor, el control puede realizarse por presión o por demanda de caudal a presión deslizante. Cuando el sistema se controla por presión, es la válvula de salida de vapor quien regula la presión, intentando mantener un valor de consigna determinado. La opción de presión deslizante se suele utilizar cuando la fuente de calor es residual y el demandante de vapor puede consumirlo dentro de un alto rango de presión, en tal caso, es interesante aprovechar la mayor conversión posible. Llegados a puntos de equilibrio de masa y energía, la operación de estos sistemas suele ser muy estable, alterándose ante cambios bruscos de carga que pueden generar problemas en los niveles si sus controles no actúan adecuadamente.

67

Curso básico de Operador de planta energética Parada y disparo de sistemas de agua-vapor La parada controlada de un sistema de agua vapor implica la parada de la fuente primaria de calor, si es posible de forma escalonada. Despresurización de sistemas y drenaje, si el objetivo es realizar trabajos que implique el acceso a los equipos. Si todas estas maniobras se realizan de forma controlada, el sistema no sufrirá bruscos cambio de nivel y su ejecución se realizará sin más complicaciones. El disparo de un sistema de agua-vapor puede ser bastante más violento desde el punto de vista de operación, debido fundamentalmente a que cambios bruscos de presión implican cambios de nivel por fenómenos de vaporizaciones súbitas. Se debe pensar que el agua en los sistemas térmicos realiza una función importante como fluido refrigerante, es más, en muchos sistemas la principal función del agua es la de refrigeración y la producción de vapor es una consecuencia que se aprovecha energéticamente. Por tanto, los calderines generalmente deben mantener nivel de agua y las bombas deben continuar circulando agua a través de los intercambiadores. Los rangos de control automáticos diseñados para la operación estable, pueden no actuar correctamente ante los desequilibrios producidos por un disparo, por tanto en muchas ocasiones la actuación manual del Operador suele ser imprescindible. La maniobra manual más frecuente en estas situaciones es la de reposición de agua al sistema, para evitar los disparos de bombas por bajo nivel, manteniendo refrigerados los intercambiadores y dejando el sistema en las mejores condiciones para el próximo arranque.

68

Curso básico de Operador de planta energética 4.2

Arranques y operación de turbinas

En este punto vamos a desarrollar las maniobras generales necesarias para el arranque y operación de turbinas de gas y de vapor. Aunque ambas se basan en aprovechar la expansión de un fluido, tienen modos de arranque y operación completamente diferentes. 4.2.1 Turbinas de gas El ciclo termodinámico que describe el funcionamiento de las turbinas de gas es el conocido como ciclo Brayton. Existe extensa documentación sobre estos equipos, más aun considerando el importante auge que han tenido en los últimos años, como pieza integrante de los ciclos combinados. En nuestro análisis desde operación vamos a considerar el esquema básico de una turbina de gas, compuesta por compresor, cámara de combustión y turbina. Los dos elementos de regulación van a ser la válvula de alimentación de combustible y el control de aire del compresor.

Regulación de combustible

Cámara de combustión Aire comprimido

Gases de escape

Gases de combustión

Regulación de aire

Compresor

Turbina

Figura 30. Esquema de turbina de gas

Sin entrar en detalles más técnicos, la expansión de los gases de combustión generados en la cámara de combustión se expanden en la turbina forzando el 69

Curso básico de Operador de planta energética giro de la misma y arrastrando el compresor que alimenta de aire la cámara de combustión Para el arranque de una turbina de gas, como la representada en la Figura 30, es necesario contar con un sistema auxiliar de giro, debido a que el expansor está unido al compresor de aire, necesario para iniciar el encendido en la cámara de combustión. Según el fabricante se pueden encontrar diferentes modelos, desde el accionamiento hidráulico, la motorización del alternador o un sistema basado en embrague y motor auxiliar. Una vez lanzada la turbina con el sistema auxiliar diseñado para esta, se realiza el encendido hasta que los gases generados son suficientes para mantener una velocidad constante, originada por el arrastre generado por su expansión. Virador de turbina Este elemento es un dispositivo auxiliar utilizado para mantener un giro a bajas revoluciones de la turbina. En muchas ocasiones será el mismo que el usado para el lanzamiento inicial, pero dependerá del fabricante. Es de vital importancia tanto en turbinas de gas como de vapor. Tiene dos funciones principalmente, en el arranque asegura que la turbina se encuentra perfectamente lubricada y que gira de forma equilibrada, por tanto los arranques de turbina siempre se realizarán desde la posición de virador, confirmando las correctas condiciones iniciales de giro del equipo. La otra función importante del virador es en la parada de la máquina, permitiendo que se realice el enfriamiento del eje de forma homogénea, evitando de esta manera el curvamiento del mismo. La parada de un eje que se encuentra a alta temperatura puede llevarle al pandeo, debido a la distribución de temperaturas en la masa del mismo en el enfriamiento, para evitar esto se mantiene girando 70

Curso básico de Operador de planta energética a baja revoluciones hasta que este riesgo se aleja, el tiempo de virado y la velocidad es un valor que debe ser proporcionado por el fabricante. El pandeo de un eje puede dañar cojinetes, aparte del propio eje y llevar al bloqueo del mismo. Permisivos de arranque de turbina de gas Las turbinas de gas pueden trabajar en ciclo abierto o en ciclo combinado. Si la descarga de gases de escape se dirige hacia una caldera de recuperación, con el objeto de producir vapor, que será el fluido motor de una turbina de vapor, estaremos ante un ciclo combinado. Si el escape se dirige directamente a la atmósfera, será un ciclo abierto. Las condiciones de arranque de la turbina dependerán del modo de trabajo. Con descarga de gases dirigidos a otro equipo habrá que añadirle a los permisivos propios del equipo, las limitaciones que imponga el equipo que recibe los gases. En el caso de las calderas de recuperación, serán los contemplados en punto 4.1. Los permisivos propios de una turbina de gas serán la ausencia de alarmas en todos sus elementos, el sistema de virador sin fallos y los sistemas de lubricación con niveles y temperaturas correctos. Fases de arranque de una turbina de gas Cada fabricante deberá detallar su procedimiento de arranque, que no tiene por qué coincidir de unas máquinas a otras. En función del tipo de arrancador, de la red a la que se acople y de otros muchos factores pueden variar las fases de arranque de la máquina. Se va a describir un modelo general, con acoplamiento a red eléctrica interconectada de múltiples máquinas.

71

Curso básico de Operador de planta energética 1. Comprobación de permisivos 2. Arranque de los sistemas de lubricación 3. Puesta en virador a baja velocidad (rango en torno a 120 rpm) 4. Comprobación de giro estable y equilibrado 5. Rampa de aceleración con sistema auxiliar 6. Ignición en cámara de combustión 7. Arrastre en paralelo gas+sistema auxiliar 8. Desacople sistema auxiliar 9. Turbina en control de velocidad buscando sincronismo de red 10. Acople de turbina de gas a red 11. Turbina de gas en control de carga Sincronismo y acoplamiento del generador de turbina a red En plantas de producción de energía eléctrica mediante generadores de corriente alterna es necesario conocer el procedimiento de sincronismo y acoplamiento a red. Esta maniobra se realiza actualmente en automático mediante la regulación de un sincronoscopio, pero hasta hace relativamente poco tiempo todo el procedimiento era manual. Para entender la maniobra es necesario saber que existen dos parámetros característicos en

una red de corriente alterna, tensión, frecuencia. El

transporte de energía se realiza en tres fases, la tensión en cada una de las fases dibuja una sinusoide a la velocidad de la frecuencia establecida, en Europa 50 Hz. El generador, en función de la velocidad de giro también 72

Curso básico de Operador de planta energética generará su sinusoide, se ha de recordar que los generadores están unidos por el eje a las turbinas, por tanto la velocidad de las turbinas siempre será la misma que la del generador o proporcional en caso de existir cajas multiplicadoras. Se conoce como acoplamiento del generador a la maniobra de cierre del interruptor principal o interruptor de máquina, que conecta al generador con la red. Para poder realizar esta maniobra deben cumplirse tres condiciones: Ambos sistemas, lado generador y lado red, deben tener la misma tensión; Ambos sistemas deben estar a la misma frecuencia; y por último el desfase entre la tensión generada y la de la red debe ser muy próxima a cero. Esta última opción suele ser la que más control requiere, como se ha mencionado la tensión varía según una sinusoide, por tanto pasaremos de +V a –V con una frecuencia determinada. Si la red está en +V, nuestro generador debe estar en +V, o muy próximo a ella, para evitar que se produzca una diferencia de potencia en el interruptor que pueda dañarlo.

Generador

Red

Ug

Ur

220 kV

220 kV

50 Hz

50 Hz

Wg Vg

Wr Vr

Figura 31. Sincronización generador-red

73

Curso básico de Operador de planta energética En el esquema de la Figura 31 se representan ambos sistemas mediante estrellas de tensión. Puede imaginarse que ambos sistemas tendrán una estrella propia que gira a una determinada frecuencia, desde la operación de la planta no es posible modificar la frecuencia de la red, por tanto se debe actuar sobre el control de velocidad de la turbina para conseguir la frecuencia de sincronismo con la red. Por otro lado se debe regular el ángulo de desfase, por ejemplo, cuando la fase U sea máxima en la red, también debe ser máxima en nuestro generador. Gráficamente la representación de estrella es la más fácil de entender, pues el sincronismo se consigue cunado las dos estrellas pueden acoplarse una sobre otra. Todo este proceso se controla mediante un equipo llamado sincronoscopio que nos permite medir los paramentos a ambos lados del interruptor y mostrarnos el desfase. Cuando las tres condiciones están conseguidas, se puede accionar al cierre el interruptor de máquina. Esta maniobra actualmente se realiza de forma automática en control de velocidad. En el caso de las turbinas de gas la variación de velocidad se realiza mediante la regulación de la válvula de combustible. Una vez acoplada la turbina a la red, en el caso de redes con múltiples generadores, la velocidad del generador coincidirá con la de red. Operación de turbinas de gas El control clásico de una turbina es en control de carga. Antes de profundizar en su control es oportuno entender el concepto de temperatura. Uno de los parámetros más importantes de estas máquinas es su temperatura, Se debe tener en cuenta que su funcionamiento es mediante el desplazamiento por expansión de gases de combustión, esto implica que las temperaturas de trabajo son muy altas y proporcionalmente su estrés. La refrigeración de las 74

Curso básico de Operador de planta energética turbinas de gas se realiza por aire y su control se realiza midiendo la temperatura de los gases de escape. Como es sabido, la temperatura ambiente influye directamente en la densidad másica del aire, por tanto la capacidad de refrigeración de este variará con la temperatura ambiente, esta es la razón por la que el control de temperatura de la maquina se realiza con medidas obtenidas en la salida de gases, con una corrección por temperatura ambiente. El aire utilizado tanto para la refrigeración de la máquina, como para la propia combustión es el generado por el compresor, por tanto en función de las restricciones de temperatura que impongamos a nuestra maquina se dispondrá de más o menos aire para producir energía. Estos límites los impone el fabricante, de tal forma que si permite trabajar con temperaturas corregidas mayores, la potencia generada por la maquina podrá alcanzar valores más altos. Los dos elementos de actuación que tenemos en una turbina de gas son, la válvula de combustible y la regulación de aire del compresor. Incrementado la posición de la válvula de combustible conseguimos aumentar la potencia que genera la máquina, pero también aumentamos la temperatura de salida de gases. Debemos tener en cuenta que el límite de esta temperatura se calcula en base a criterios de seguridad y de vida útil de la turbina, por tanto debe haber un lazo de control que corrija esta desviación de temperatura. El elemento utilizado es el regulador de aire del compresor. Aumentando la posición de este regulador aumentamos en caudal de aire circulante a través del equipo. El modo de control que regula la potencia con la válvula de combustible y la temperatura con la regulación de aire del compresor es el modo en control de carga. Este modo es el más generalizado, pero no el único, 75

Curso básico de Operador de planta energética si el sistema eléctrico al que suministra la turbina estuviese en isla y se debiese mantener una frecuencia constante, la regulación sería de velocidad.

Potencia generada

Potencia demandada

+

-

Regulación de combustible

Cámara de combustión

Regulación de aire Aire comprimido

Gases de combustión

Turbina

Compresor

-

+

Temperatura corregida de gases de escape

Temperatura límite

Figura 32. Turbina de gas en control de carga

Parada de turbina de gas La parada de una turbina de gas debe realizarse a la mínima potencia posible, es decir, una parada controlada implicaría una baja de potencia hasta su mínimo técnico. En caso de disparo esta bajada no suele suceder debido a las condiciones de emergencia que implican este tipo de paradas. Una vez desacoplada la máquina de la red, se produce el cierre de la válvula de combustible. En el proceso deparada hay una fase importante que se conocen como barridos, se trata del desplazamiento de los gases de combustión residuales que se encuentra en el interior y que deben ser desplazados a la 76

Curso básico de Operador de planta energética atmósfera, para asegurar un reencendido seguro. Estos barridos se realizan generalmente con fluidos inertes, que pueden ser vapor o

nitrógeno.

Evidentemente en todo este proceso se produce la desaceleración de la turbina hasta la velocidad de virador. Es muy importante confirmar que la turbina queda girando en virador, debido a que una parada completa del eje en esas condiciones de temperatura, puede provocar el bloqueo de la máquina, daños e imposibilidad de un rearranque a corto plazo. 4.2.2 Turbina de vapor El diseño de las turbinas de vapor va vinculado al de los circuitos de agua vapor de las calderas, de tal forma que pueden encontrarse con diferentes cuerpos trabajando a distintas presiones, con o sin extracciones, con más o menos etapas, etc. A nivel de operación vamos a considerar un único cuerpo conectado a un condensador, centrándonos en las válvulas de admisión de vapor como elementos principales de control.

77

Curso básico de Operador de planta energética

Válvula de control de admisión de vapor

CALDERA

Turbina de vapor

Válvula de by-pass

Condensador

Figura 33. Esquema básico de turbina de vapor

Al igual que las turbinas de gas, estas turbinas deben disponer también de virador, con las mismas funciones y con la misma importancia. Generalmente las turbinas de vapor están provistas de ejes más largos, por tanto los riegos de pandeos en paradas de maquina suelen ser aún mayores. Aun así pueden encontrarse grandes grupos de turbina de gas con ejes de gran longitud, mucho mayores que algunas turbinas de vapor. Por tanto, como se reitere a lo largo del documento, cada instalación tiene sus propias peculiaridades. Todo lo descrito en el punto de virador de turbina de gas es aplicable a turbina de vapor. Rodaje de turbina de vapor El arranque de una turbina de vapor requiere de unas condiciones iniciales especiales. En primer lugar es necesario testear la calidad química del vapor 78

Curso básico de Operador de planta energética que va a introducirse en la máquina, los valores estarán en línea con los explicados en los equipos de producción de vapor. Si se dispone de analizadores en línea deberá confirmarse los valores especificados por el fabricante, principalmente pH y conductividad. Si el análisis se realiza en laboratorio se deberá esperar a tener los valores que permiten el uso de la calidad de vapor permitida por diseño. Una vez conseguida la calidad química, se debe conseguir la calidad física del vapor, relativa a sus condiciones de sobrecalentamiento. Una turbina de vapor siempre se debe alimentar con vapor sobrecalentado, para evitar la condensación de este sobre los internos de la máquina, por tanto el fabricante establecerá unos valores mínimos de sobrecalentamiento del vapor en función de la temperatura de la máquina. Para regular este valor se deberá controlar el aporte de calor en la fuente primaria, más concretamente su temperatura. Por otro lado se debe recordar que la turbina parte de temperatura ambiente, por tanto la temperatura del vapor inicial no debe superar mucho la temperatura interna del metal, para evitar el alto estrés térmico y los posibles daños de este. El elemento más crítico es el eje, debido a que es la pieza de metal de mayor sección. Mediante cálculos y medidas indirectas se puede conocer la temperatura media del eje y esta será la utilizada como de referencia para establecer los rangos de temperatura de vapor. Mediante la regulación de la fuente primaria de calor (quemadores, gases de escape, etc.) se debe ir ajustando la calidad física del vapor, de tal forma que tenga

el

suficiente

grado

de

sobrecalentamiento

como

para

evitar

condenaciones, pero sin la alta temperatura que genere problemas de estrés

79

Curso básico de Operador de planta energética en la máquina. Estos rangos iniciales deben estar establecidos por el fabricante y ajustarse en la fase de puesta en marcha de la turbina de vapor. Una vez logradas las condiciones químicas y físicas del vapor puede iniciarse el rodaje de la máquina. Esta fase consiste en introducir vapor en la suficiente cantidad como para comenzar el calentamiento de los internos, respetando su rampa de calentamiento. Generalmente esta fase se realiza en control de velocidad a bajas revoluciones, hasta que la temperatura interna de la maquina llega a los valores iniciales especificados por el fabricante. El rodaje puede tener varias etapas, a diferentes temperaturas. Cada etapa está marcada por un valor de temperatura y permitirá la subida de revoluciones. El control de velocidad de la turbina se realiza aportándole más o menos vapor, mediante la regulación de la válvula de admisión de turbina. Conseguidos los criterios de temperatura de vapor y máquina, se puede proceder a la sincronización y acople a red del generador. Todas las condiciones requeridas para la sincronización de generadores de turbina de gas (ver 4.2.1) son aplicables a turbinas de vapor. Operación de turbina de vapor Una vez acoplado el generador de turbina de vapor se iniciaría la fase de incremento de carga o admisión. El objetivo de esta fase es permitir que todo el vapor disponible se dirija a turbina. En las fases de rodaje y sincronización no se ha utilizado todo el vapor disponible en caldera, debido a que el objetivo es respetar las rampas de calentamiento y la velocidad de sincronización. Durante estas fases el vapor se dirige directamente al condensador mediante las válvulas de bypass. Una vez acoplada la turbina se realiza la maniobra de 80

Curso básico de Operador de planta energética conmutación de válvulas, desde bypasses a válvulas de control de turbina. Una vez que todo el vapor disponible se dirige a turbina y sus bypasses cierran, la maquina comienza a trabajar según el diseño de control establecido para producción. En plantas con control de carga en turbina de vapor las válvulas de control regulan la carga demandada, aunque pueden tener un segundo control que asegure la regulación de la presión de la caldera. En otro modelo de control, como en los ciclos combinados, la turbina de vapor no tiene un control de carga como tal, pues están diseñadas para admitir todo el vapor generado por el calor residual de los gases de escape de la turbina de gas. Función de los bypasses de turbina Las líneas de bypass son aquellas que dirigen el vapor directamente al condensador, sin pasar por turbina de vapor. Su función es muy importante en tres fases. La primera es en el arranque de la caldera o sistema de generación de vapor. Como se ha indicado anteriormente, las condiciones iniciales de presión y temperatura son requisitos obligatorios previos al rodaje de la turbina, por tanto es necesario asegurar una circulación de vapor que consiga estos valores iniciales. Las líneas utilizadas para este fin son los bypasses de turbina, por tanto el arranque de los sistemas de agua vapor se realiza mediante el control de presión y caudal en las válvulas de bypass. La segunda función de estas válvulas es la conmutación en la fase de admisión de vapor, donde cierran gradualmente, permitiendo que toda la masa de vapor se dirija al interior de la turbina. Finalmente la principal función de los bypasses de turbina es actuar como válvulas de seguridad ante una parada o disparo. Considerando que la energía transportada por el vapor es cedida en la turbina, si se produce un disparo de esta, la inercia de esa energía hay que dirigirla 81

Curso básico de Operador de planta energética hacia un punto controlable para evitar incrementos bruscos de presión

en

caldera. Los bypasses son las válvulas que asumen esta función, dirigiendo el vapor al condensador.

100

Arranque de caldera Rodaje de turbina

Admisión

Control de turbina

Válvula de control

Válvula de by-pass 0

Figura 34. Comportamiento de válvulas de control y bypass

Parada de turbina de vapor La parada de turbina consta de varias fases definidas. Bajada de carga progresiva, cierre de válvulas de control, apertura de bypasses, desaceleración de máquina y entrada de virador. La diferencia entre parada controlada y disparo está en la bajada progresiva de la carga. Todos los sistemas de lubricación y accionamiento de válvulas deben mantenerse operativos. Es especialmente importante la entrada del virador a bajas revoluciones para evitar el pandeo del eje y su bloqueo. Las turbinas de gas de varios cuerpos tienen ejes de gran longitud, esto aumenta el riesgo de deformaciones si en la parada el eje se queda sin velocidad mínima.

82

Curso básico de Operador de planta energética En condiciones de diseño el condensador trabaja a presiones inferiores a la atmosférica, es decir, en vacío. Por tanto ante un corte de caudal de vapor este irá desacelerando muy lentamente, una alternativa de desaceleración rápida es la entrada de aire al sistema a través de las válvulas rompedoras de vacío. Estas válvulas se diseñan conectadas al condensador y directamente a la atmósfera. La maniobra de apertura de válvulas rompedoras de vacío a alta carga implica un importante estrés para la turbina, pues se produce un importante descenso de temperatura y rápida desaceleración de la misma. Generalmente los fabricantes no recomiendan esta maniobra, solo es valorable en casos de parada de emergencia por motivos de seguridad. 4.3

Arranques y operación de reactores

Los reactores generalmente son depósitos que contiene algún tipo de catalizador que favorece la cinética química de la

reacción del proceso.

Muchos de estos equipos trabajan a altas temperaturas

debido a que la

% de conversión

conversión es directamente proporcional a la temperatura de trabajo.

95 90

COS+H2O = SH2+CO2

85 80 75 310

330

350

Temperatura del reactor ºC

Figura 35. Conversión del COS en reactor de Alúmina

83

Curso básico de Operador de planta energética En la Figura 35 se muestra la curva de conversión de COS (Sulfuro de Carbonilo) en SH2 (Ácido Sulfhídrico) mediante el paso por un reactor de hidrólisis que contiene como catalizador Alúmina. Como puede observarse la conversión está directamente ligada a la temperatura, por tanto uno de los controles característicos del reactor será de temperatura. También es frecuente tener medida de presión diferencial que nos informa de posibles obstrucciones motivadas por suciedad o por rotura de elementos internos. En el caso particular de reactores existe un gran número de modelos, para diferentes procesos y con características específicas diferentes que deberán ser detalladas por los fabricantes. Los catalizadores que trabajan a altas temperaturas se precalientas antes de su puesta en servicio, generalmente como fluido térmico se utiliza vapor y como gas de calentamiento nitrógeno, pero siempre dependerá del tipo de catalizador y de las instrucciones del fabricante.

Vapor

dP

T

Nitrógeno

Figura 36. Esquema de reactor con precalentamiento

84

Curso básico de Operador de planta energética En el esquema representado en la Figura 36 se considera un reactor con control de temperatura con aporte de nitrógeno para su calentamiento. En configuraciones de sistemas como el mostrado, la operación del equipo se inicia con el calentamiento del mismo hasta llegar a una temperatura mínima inicial de permisivo. La maniobra a realizar es la apertura de la válvula de inyección de nitrógeno seguido del aporte de vapor al intercambiador. La principal dificultad en esta fase de operación es el control de las rampas de calentamiento. Generalmente este calentamiento inicial debe realizarse según una rampa de temperatura suministrada por el fabricante. Esta maniobra puede realizarse en manual con la consiguiente monitorización o el sistema puede disponer de un programa automático de calentamiento, que regulará tanto los caudales de nitrógeno como de vapor, que aseguren el correcto ritmo de calentamiento. Una vez conseguida la temperatura mínima de puesta en servicio del reactor, la operación consiste en el alineamiento y el control de temperatura dentro de los valores de diseño. La parada de reactores se limita al aislamiento de los mimos. En caso de catalizadores que puedan ser afectados por la humedad ambiente o el oxígeno del aire, se mantendrán inertes manteniendo una pequeña presión positiva con nitrógeno que evite la entrada de aire al mismo. 4.4

Arranques y operación de compresores

Los compresores son máquinas claves en procesos con gases. Aseguran la alimentación o distribución de un caudal de gas a una presión determinada. Al igual que otros equipos de planta, existen diferentes modelos en función del tipo de gas a comprimir o las condiciones de este. Es posible encontrar 85

Curso básico de Operador de planta energética numerosa documentación, según su principio de funcionamiento existen dos modelos, desplazamiento positivo y dinámicos, dentro de estos pueden diferenciarse varios tipos: 1. Compresor de embolo 2. Compresor de tornillo 3. Compresor pendular 4. Compresor Alternativo 5. Rotativo de paletas 6. Rotativo helicoidal 7. Turbocompresor Los parámetros característicos de un compresor son la presión y el caudal. En función de los valores de aspiración y de demanda este tendrá más o menos capacidad para suministrar el gas en las condiciones requeridas. El comportamiento de los compresores se representa gráficamente en su curva característica, que representa la relación entre presión y caudal de la máquina.

86

Curso básico de Operador de planta energética º

Pentrada Psalida/Pentrada Caudal

B

Psalida

P2

VAL01

P1 Q2

Q1 Caudal

Figura 37. Curva básica de compresor dinámico

En la Figura 37 se representa el comportamiento básico de un compresor dinámico. A nivel de su operación es importante saber que existe una relación directa entre el caudal que circula por este y la presión que suministra, de tal forma que en la zona de trabajo de diseño a menor caudal, más presión. Supóngase que se actúa sobre la válvula de descarga del compresor (VAL01), de tal forma que se cierra progresivamente disminuyendo el caudal de Q1 a Q2, esto implica un aumento de presión de P1 a P2. Este comportamiento estaría dentro de un rango normal de operación. En los sistemas que son muy estables su operación se basa en trabajar en el rango de diseño e incluso con un solo punto de trabajo. La operación del compresor se basa en su arranque y la estabilización del caudal de diseño. Otros sistemas requieren de una regulación de caudal mayor, para esto el fabricante puede diseñar alabes de aspiración que regulan la carga del compresor, por tanto los rangos de trabajo varían y las curvas características cambian sensiblemente, debido a que cada posición de 87

Curso básico de Operador de planta energética los alabes implica una curva diferente. En los casos donde las variaciones de demanda pueden tener un rango mayor, tanto el control como la operación deben evitar la aproximación al punto B, conocido como punto de bombeo del compresor. A partir de este punto, el comportamiento es opuesto al detallado y lo más importante muy inestable debido a que la contrapresión del sistema sobre la máquina puede originar altas vibraciones e importantes daños. Nunca debe trabajarse en puntos de bombeo o muy próximos a este. Para evitar aproximaciones al punto de bombeo, los compresores deben estar provistos de protecciones que alejen esta posibilidad. Generalmente el diseño busca salidas alternativas de caudal. Si el gas de proceso es inocuo y de bajo coste, la alternativa puede ser colocar un venteo a la atmósfera en la descarga del compresor. Si en un momento determinado nos aproximamos al punto de bombeo este abrirá regulando un caudal seguro. Se ha de tener claro que la regulación por válvulas de antibombeo implica una pérdida de eficiencia del proceso, debido a que el gasto energético consumido en la compresión del gas se desaprovecha venteándose en la descarga. Si el gas nos es inocuo y su coste es caro, la alternativa al venteo es la recirculación, siempre con ayuda de un sistema de refrigeración que disminuya la temperatura alcanzada por la propia compresión.

88

Curso básico de Operador de planta energética

Pentrada

Válvula antibombeo

Curva

Psalida/Pentrada

bombeo

Caudal Psalida

Curva antibombeo

VAL01

100% 75% 50% 25%

Caudal

Figura 38. Compresor con regulación de caudal y antibombeo

En la Figura 38. Compresor con regulación de caudal y antibombeo se representa la curva característica de un compresor dinámico con regulación de caudal mediante alabes móviles en la aspiración y línea de antibombeo. La operación de un compresor de estas características se basa en controlar la demanda de caudal solicitada el sistema, teniendo en cuenta que en ocasiones esta demanda puede ser tan baja que se aproxime al punto de bombeo del compresor. Nótese que no existe una única curva característica, debido a que cada posición de los alabes de aspiración trazará una curva diferente, con su punto de bombeo propio. La unión de todos los puntos de bombeo será la conocida como curva de bombeo. Si se desplaza esta curva hacia el rango de trabajo de diseño se trazará la conocida curva de antibombeo. Los parámetros característicos de esta curva serán los utilizados para regular la válvula de antibombeo. Arranque de compresores 89

Curso básico de Operador de planta energética Los compresores que solamente trabajan en una curva y la regulación se realiza con variación de demanda su arranque se limita al cierre del interruptor. Si son máquinas de gran tamaño, los picos de consumo eléctrico son bastante altos, por tanto muchos tienen instalados arrancadores progresivos para evitar problemas de alta intensidad en sus motores. Los compresores dinámicos con regulación de alabes y protección antibombeo se arrancan partiendo de posiciones de baja carga, es decir alabes en posiciones mínimas y antibombeos abiertos. Esto asegura un arranque más progresivo de la máquina. Una vez arrancado el compresor, se buscan las condiciones de suministro, lográndose mediante la apertura de los alabes y el cierre de la protección antibombeo. Esta maniobra debe realizarse respetándose una distancia de seguridad respecto a la curva de bombeo del compresor, para evitar su bombeo, aunque lo conveniente es programar esta curva como protección de seguridad, siendo prioritaria sobre cualquier actuación. Esta maniobra de carga de un compresor puede realizarse manualmente o programarse como una secuencia automática que deje el compresor de forma estable dentro de los valores de suministro. Operación de compresores Las dos variables características a regular en un compresor son la presión y el caudal, generalmente un compresor suministra un caudal demandado a una presión de diseño. Los compresores dinámicos como el representado en la Figura 38 pueden adaptarse a altos rangos de demanda, su regulación puede ser por presión, por control o por ambas con puerta de prioridad. Esta última

90

Curso básico de Operador de planta energética opción asegura valores mínimos o máximos en ambas variables sobre sistemas de amplio rango de demanda.

Pentrada Psalida Control de presión

Mín Caudal

VAL01

Control de caudal

Figura 39. Doble control de compresor dinámico

En el esquema representado en la Figura 39 la puerta de mínimos asegura un valor máximo en alguna de las dos variables. Esta misma configuración puede realizarse con una puerta de máximos cuyo objetivo es asegurar un mínimo de alguna de las dos variables. Desde la óptica de operación estas opciones vienen establecidas en el diseño del sistema, pero es necesario conocer el comportamiento de las mismas pues en ocasiones este control por puertas incluye opciones manuales que entran a operar o no, en función de la demanda del resto de controladores.

91

Curso básico de Operador de planta energética

Máx

Pentrada

Control de antibombeo Control manual

Psalida Caudal

VAL01

Figura 40. Control antibombeo

En la Figura 40 se observa el control sobre puerta de máximo orientado a la protección antibombeo. El comportamiento de esta válvula debe ser asegurar caudal suficiente para alejar del punto de bombeo al compresor. Por tanto si el control de alabes lleva la máquina a puntos próximos al bombeo deberá actuar en sentido a la apertura de forma inmediata y prioritaria, por este motivo su demanda se introduce en una puerta de máximos. La parada de un compresor se realiza en dos fases, descarga de la maquina cerrando progresivamente los alabes y apertura de antibombeo. Llevado el sistema a un punto estable y seguro, se puede abrir el interruptor de su motor. En sistemas con gases de riesgo, ya sea por su toxicidad o por su explosividad, se realiza una secuencia de desplazamiento e inertización. 4.5

Arranques y operación de sistemas de separación criogénica

Los sistemas que trabajan a temperaturas muy inferiores a cero grados centígrados se denominan criogénicos. Pueden existir múltiples procesos que requieran de estas condiciones de trabajo, pero uno de los más frecuentes es el de separación de gases de volatilidades diferentes, en especial el aire. El 92

Curso básico de Operador de planta energética consumo de oxígeno y nitrógeno en la industria está presente en múltiples procesos. Para obtener estos gases en cantidad suficiente es necesario extraerlos mediante separación del aire atmosférico, para esto se disponen de columnas de destilación, que basándose en la diferente volatilidad que tiene cada uno permite aislar el nitrógeno del oxígeno. El principal inconveniente es que a temperatura ambiente ambos están mezclados en fase gaseosa y no es posible favorecer su separación por diferencia de volatilidad, por tanto es necesario llevarlos a puntos de fase liquida y aquí permitir que el más volátil se separe, consiguiendo de esta manera dos corrientes una de nitrógeno y otra de oxígeno. Al igual que otros temas que se han tratado, existe numerosa documentación de los principios de destilación y producción de frio, se orientará este documento a las características propias de operación de sistemas criogénicos. En primer lugar es importante ser consciente de que los puntos de trabajo estable de los sistemas en frio son a temperaturas muy inferiores a la atmosférica, por tanto desde las condiciones iniciales debe haber un proceso de enfriamiento que los lleve hasta sus permisivos de arranque. A diferencia de los sistemas de agua vapor, donde se buscan condiciones de arranque precalentado los sistemas, aquí se buscarán estas condiciones enfriándolos. Los equipos rotativos estarán construidos de tal forma que sus ejes giren a temperaturas criogénicas. En estado de suministro a temperatura ambiente las máquinas estarán bloqueadas, debido a que todos sus materiales constructivos estarán naturalmente dilatados. Para arrancar una máquina rotativa en un proceso criogénico es necesario programar una fase de enfriamiento inicial que lleve sus internos a temperatura de trabajo. En ocasiones ante máquinas de 93

Curso básico de Operador de planta energética gran volumen este proceso puede durar varias horas. Aquellas máquinas que deben suministrar de forma inmediata ante una orden de demanda, se mantendrán en frio en todo momento. La maniobra de enfriamiento de una bomba criogénica es mediante su inundación, con el fluido de proceso.

Válvula abierta

Válvula cerrada Válvula de Recirculación y enfriamiento Válvula de descarga Tanque criogénico Válvula de aspiración

Figura 41. Enfriamiento de bomba criogénica

La Figura 41 representa la alineación de una bomba criogénica en su fase de enfriamiento. La inundación de la bomba implicará una vaporización inicial del líquido criogénico que volverá al depósito y será venteado por el mismo. En función del tamaño de la maquina este proceso durará más o menos tiempo. El fabricante determina los tiempos mínimos de puesta en frío de cada una de sus máquinas. La filosofía de operación de la bomba explicada es extrapolable al resto de equipos criogénicos, la puesta en marcha de un proceso de estas características siempre pasa por una fase inicial de enfriamiento. 94

Curso básico de Operador de planta energética El equipo más crítico de una planta de separación criogénica es la columna de destilación. Generalmente la componen dos cuerpos, uno de alta presión y otro de baja presión. Al igual que el resto de equipos de la planta, las condiciones iniciales de temperatura son las ambientales, por tanto la primera fase del procedimiento de arranque será el enfriamiento. Este se realiza por expansión del gas a fraccionar mediante control de presión. La diferencia de presión entre ambos cuerpos genera el frio necesario como para ir gradualmente bajando la temperatura del sistema. Durante este proceso no solo se enfría la columna, también se produce una bajada de temperatura de los intercambiadores que acompañan al sistema, necesarios para el equilibrio térmico de la planta y el propio proceso de destilación.

Salida productos temperatura proceso Entrada gas temperatura proceso

Producto más volátil

Columna de destilación, cuerpo de baja presión

Columna de destilación, cuerpo de alta presión Entrada gas temperatura criogénica

Producto menos volátil

Figura 42. Destilación criogénica

95

Curso básico de Operador de planta energética En la Figura 42 se representa el esquema básico de una destilación criogénica con dos cuerpos e intercambiador. Es necesaria la integración de los equipos para conseguir el equilibrio térmico del sistema. El gas a destilar entra a temperatura inicial de proceso y alta presión, al atravesar el intercambiador su temperatura baja a valores del rango de fraccionamiento, entra en la columna de alta presión y realiza la primera fase de separación. Mediante los reflujos los líquidos de la columna de alta presión son elevados a la columna de baja presión para realizar la fase final de separación. Este proceso es posible por la instalación

del

evaporador-condensador,

equipo

situado

entre

ambas

columnas. El gas más volátil sale en estado gaseoso por la cabeza de la columna, mientras que el otro producto de la destilación menos volátil se concentra en la base de la columna de baja presión. Ambos productos son extraídos y dirigidos hacia el intercambiador con el doble objeto de acondicionar su temperatura a los valores de suministro y llevar a condiciones de fraccionamiento el gas de entrada. A continuación se detallan las fases de arranque de una planta de separación de gases por destilación criogénica. Alineamiento y presurización El alineamiento y presurización de columnas debe realizarse con rampas lentas para evitar daños en los rellenos internos de las columnas. Generalmente las maniobras manuales de válvulas se realizan con bypasses de presurización, para evitar altas velocidades de flujo cuando la presión diferencial es muy elevada. Control de presión asegurando

P entre ambas columnas 96

Curso básico de Operador de planta energética La diferencia de presión entre ambas columnas es lo que permite iniciar el proceso de enfriamiento. La presión de la columna inferior es proporcionada por el compresor que suministra el caudal de gas a fraccionar. Es posible que se interponga alguna estación de control de presión que regule su valor dentro de un rango, por ejemplo si el compresor alimenta a otros consumidores, pero siempre es interesante que no existan muchos elementos que incrementen las pérdidas de carga entre el compresor y la columna por la pérdida de eficiencia del proceso en su conjunto. Esta fase se realiza con los reflujos abiertos, estas válvulas pertenecen a las líneas que conectan la columna inferior con la superior. En el esquema de la Figura 42 sólo se ha representado una única línea, pero en columnas reales se disponen diferentes extracciones a lo largo de toda la columna. La presión de la columna superior es regulada con un control de presión en las líneas salida de productos. En esta fase, antes del inicio de la destilación, el gas que circula por estas líneas es el mismo que el suministrado en la entrada. Su función es de fluido de transporte para el enfriamiento de la planta. Circulación de gas y enfriamiento Una vez establecidos los controles de presión y maximizada la circulación de caudal, se debe esperar vigilado la rampa de enfriamiento, para asegurarnos de un correcto progreso de esta fase. Las plantas de estas características disponen de equipos que aportan frío extraordinario para mantener el equilibrio térmico cuando han estabilizado y facilitan la opción de extraer productos en estado líquido. En la mayoría de los casos se trata de turbinas criogénicas que

97

Curso básico de Operador de planta energética funcionan con uno de los gases que circulan en el proceso. En esta fase de enfriamiento se alinean con objeto de acelerar el proceso. Otro procedimiento utilizado es la inyección de líquido criogénico. Es practica ayuda acelera también la bajada de temperatura, pero debe hacerse al alcázar unos valores mínimos de temperatura para evitar estrés térmico. Formación de líquido Llegados a temperaturas de condensación las columnas comienzan a tener nivel de líquido. En esta fase se observan los primeros indicios de destilación. A nivel interno se establecen dos corrientes, una de vapor subiendo y otra de líquido descendiendo. Ambas permanecen en contacto en los platos de relleno a diferentes alturas de la columna. Finalmente el líquido con una composición enriquecida en el producto menos volátil se acumula en la parte inferior de la columna. Equilibrio de fases líquido vapor Una vez formados los líquidos y las corrientes internas se ajustan los valores que aseguran el balance de masa y el equilibrio térmico. Esta maniobra consigue meter las purezas de los productos destilados dentro de los rangos de diseño y conservar estables los niveles. Ajuste de cargas Finalmente, con las purezas conseguidas, se ajustan las demandas de productos. Actualmente estos controles actúan de forma automática, de tal forma que una variación de demanda de uno de los productos destilados obliga a reaccionar a la planta con un mayor consumo de gas de proceso.

98

Curso básico de Operador de planta energética El proceso de arranque de este tipo de plantas puede prolongarse durante varios días en función de sus dimensiones y del punto de partida en cuanto a sus temperaturas iniciales. En este proceso generalmente aportan potencia frigorífica extraordinaria equipos auxiliares del tipo turbinas criogénicas, que ayudan a acortar tiempos, además estos equipos se integran en el proceso permitiendo mantener equilibrios térmicos o aportando el frío extra necesario para tener producción de productos destilados en estado líquido. Otra etapa importante es el prefiltrado del gas, necesario si en la corriente a procesar se encuentran gases que pasan a fase sólida a temperaturas superiores a las de fraccionamiento de los productos principales. El caso más característico en la eliminación de agua y CO2 en la separación del aire, ambos elementos están presentes en la corriente de aire atmosférico, si no se eliminasen, congelarían en el interior de las líneas de intercambio con la consiguiente obstrucción y parada del proceso. Los equipos utilizados para la eliminación de elementos susceptibles de congelación son filtros, con diferentes rellenos en función del producto a retener. El diseño de filtros es generalmente redundante con un mínimo de dos equipos que alternan fases de filtrado y regeneración. Estas secuencias se programan en automático, asegurándose que siempre exista un equipo en línea filtrando el gas a procesar.

99

Curso básico de Operador de planta energética

5. Sistemas de seguimiento y aviso. Alarmas y curvas de operación 5.1

Sistemas de alarmas. Niveles de alarma y priorización

El sistema de alarmas es clave para la operación basada en control distribuido, aunque en los modelos de control basados en paneles analógicos también disponen de alarmas, es en la operación sobre pantallas donde se hacen imprescindibles, pues es imposible tener todo el proceso frente al Operador. Por tanto, esta herramienta permite conocer posibles desviaciones de proceso y corregirlas antes del disparo. Como se describe en el punto de Pantalla de Alarmas, cada Operador dispone de las alarmas de los sistemas que opera, de tal forma que estará informado si alguna de las medidas de proceso supera su valor de diseño, preavisándole desde que esa desviación no es crítica. La gran mayoría de los instrumentos instalados en la planta con señal a sala de control tendrán su rango de alarmas que se reflejará tanto en la pantalla de operación como en la pantalla de alarmas. La opción más extendida en un planta es que cada instrumento genere un rango de alarmas determinadas, pero no es la única opción de configuración. En sistemas de gran criticidad es necesario estar seguro de que la desviación que se ha producido es realmente cierta. Para esto no es suficiente contar con un solo instrumento, debido a que en un momento determinado puede sufrir una avería y generar una señal errónea. Supóngase una temperatura instalada en un proceso cuya media sobre un valor determinado implica el disparo de toda la instalación. Hacer que toda la producción dependa de un solo instrumento es restar robustez a la planta. La opción de inhibir el disparo no es 100

Curso básico de Operador de planta energética aconsejable, pues esto implica asumir un riesgo sobre la seguridad de los equipos e incluso sobre las personas. Por tanto, en sistemas de variables con estas características lo más oportuno es instalar más de un instrumento y generar la alarma cuando un número mínimo la han detectado. Una configuración muy frecuente es instalar tres y hacer progresar la señal de alarma cuando un mínimo de dos la han detectado, esta configuración se conoce como 2 de 3.

2V3

CT

CT

CT

Figura 43. Sistema de alarma 2v3

Además de la configuración 2v3 para evitar la generación de alarmas originadas por errores de medida, hay otras herramientas de programación que pueden utilizarse en configuraciones de sistemas. Los filtros de tiempo son útiles si la media es susceptible de fluctuar rápidamente dentro de un rango, esto es conocido como “picos de medida”. En ocasiones una medida puede tener un valor sobre su consigna de alarma durante muy poco tiempo, este valor puede ser real o debido a alguna interferencia sobre el instrumento, pero en ambas situaciones puede no ser crítico para el proceso. En tal caso se 101

Curso básico de Operador de planta energética puede usar un filtro de tiempo, que no permita que la señal progrese si el valor superado no se mantiene un tiempo mínimo establecido. Todos los sistemas que optimizan la respuesta del sistema de alarmas son diseñados en la fase de proyecto y revisados en la puesta en marcha, pero el Operador, como usuario final del sistema aporta con el paso del tiempo una visión más fiel del comportamiento de la planta y esto permite optimizar la gestión de sus alarmas. La mayoría de las alarmas se generan a partir de elementos primarios, es decir transmisores de variables de proceso como temperatura, presión, caudal, etc. Pero no es el único origen de una alarma. El propio sistema de control puede generar alarmas, por ejemplo, si una secuencia de arranque automático se queda parada en un paso por algún motivo, puede generarse una alarma informando al Operador que el programa se ha detenido en un punto determinado. Todo aquella información que optimice la operación de la planta mediante la intervención del Operador es susceptible de configurarse como alarma. Es muy importante un óptimo diseño del sistema de alarmas, pues en ocasiones el exceso de estas puede saturar la pantalla y hacer que una realmente importante pase desapercibida. Se detalla a continuación la información que debe contener una alarma. Código de criticidad, texto y color Este código nos informa de lo crítica que es la alarma para nuestro proceso. Una desviación inicial de una variable controlada puede no implicar un disparo o avería a corto plazo, por tanto es conveniente tener un sistema de 102

Curso básico de Operador de planta energética priorización que le permita al Operador, de forma inmediata saber qué grado de riesgo implica esa desviación. La manera más eficiente de aviso es mediante código de colores. El número de escalones, el texto y el color pueden variar de un fabricante a otro. Generalmente colores más intensos, como el rojo, implican mayor criticidad, lo que es importante es que el Operador asocie la urgencia de respuesta de operación en función del código de la alarma. Un posible rango es el mostrado en la Figura 27, partiendo en un primer nivel de desvió de tolerancia con cuadro azul y letra blanca, que implica que la variable se ha comenzado a desviar fuera del rango de diseño, un segundo nivel, con cuadro amarillo y letra negra, que informa que la desviación continúa incrementándose, solicitando una corrección más severa del Operador y un nivel final, con cuadro rojo y letra negra que informa de la criticidad máxima, generalmente asociada a medidas de protección que en muchos casos implica el disparo del sistema. Este código, además de aparecer en la pantalla de alarmas, es conveniente que aparezca junto al elemento primario en la pantalla de operación, de esta forma será inmediato asociar la desviación al elemento que la genera. Información de entrada o salida El Operador debe saber si una alarma se genera, está presente o ha desaparecido. Si una variable de proceso supera su valor de alarma, inmediatamente se debe tener esta información presente. Esta señal no debe desaparecer mientras que el valor de medida esté fuera del rango de operación y en el momento que este valor vuelva dentro de su rango, el sistema debe avisar de este hecho. Todo este proceso debe realizarse de tal forma que el 103

Curso básico de Operador de planta energética Operador gestione ágilmente esta información, además desde su consola debe poder discriminar estados, es decir, si una alarma entra, el Operador debe tener la posibilidad bajo su criterio y responsabilidad de confirmar que conoce de sus existencia y que no desea tenerla presente frente a él en ese momento. Todas estas posibilidades del sistema son necesarias debido a que en grandes instalaciones pueden estar generándose alarmas casi en continuo y es importante gestionar con criterios de priorización. Por tanto el Operador debe tener la opción de poder “reconocer alarmas”. Con el reconocimiento de una alarma, se confirma que el Operador conoce la desviación, esto no implica que la alarma desaparece, tan sólo cambia de estado, de alarma entrante a alarma reconocida. La alarma debe desaparecer cuando la medida vuelva a su rango de operación normal. Cada fabricante desarrollará diferente simbología para transmitir la información de entrada y salida de alarmas. Una de las opciones posibles es haciendo que el código de criticidad sea intermitente, de tal forma que cadencias diferentes impliquen distintas situaciones. Por ejemplo, la entrada de una alarma sale en pantalla con una alta cadencia de intermitencia, el reconocimiento hace que deje de parpadear y la desaparición implique una cadencia más lenta. Texto descriptivo El texto que describe la alarma debe ser lo más claro posible y con el mínimo texto debe aportar la información clave. La descripción debe responder a dos preguntas claves “¿Qué?” y “¿Por qué?”. Por ejemplo, “alto nivel tanque agua desmineralizada”. Con esta información se conoce la razón de la alarma, alto nivel, y en qué sistema, tanque de agua desmineralizada. Los códigos que 104

Curso básico de Operador de planta energética acompañaran a este texto informarán del equipo exacto, de la criticidad y de su estado de entrada o salida. Código del elemento primario La información del texto descriptivo no tiene por qué detallar de forma inequívoca en elemento que genera la alarma, sobretodo en grandes instalaciones con numerosos sistemas. Cada equipo en planta debe estar codificado de tal forma que no exista posibilidad de error a la hora de identificarlo, ya sea en maniobras de operación como en intervenciones de mantenimiento. Supóngase que se disponen de varios tanques de agua desmineraliza y uno de ellos tiene una alarma de alto nivel, para saber exactamente el tanque afectado es necesario que en la alarma se incluya el código del instrumento que la genera, de esta manera se conocerá con detalle la localización de la incidencia. Fecha y hora de generación Los datos temporales son importantes para saber cuándo se produce la alarma y el tiempo que lleva la desviación produciéndose. También permite conocer la tendencia en el comportamiento del sistema.

P

GHC01CL001

Código criticidad

Alto nivel tanque agua desmineralizada

Código elemento primario

Descripción

15:30 02/09/14

Fecha y hora

Figura 44. Información de una alarma

105

Curso básico de Operador de planta energética En la Figura 44 se muestra la estructura de una alarma con la información necesaria para su identificación por parte del Operador. La información no representada es la relativa a su condición de entrada o salida, para esto se ha explicado que es posible usar un código visual de intermitencia. Otra alternativa es incluir un código de texto añadido a la línea, del tipo “IN” o “OUT”. Junto al flujo de alarmas en pantalla también se puede emitir avisos acústicos, pero esto solo es recomendable para alarmas de muy alta criticidad, debido a que de lo contrario se crearía más desconcierto que atención. 5.2

Curvas y el seguimiento de tendencias de parámetros de operación

A igual que la pantalla de alarmas, las curvas son otra herramienta imprescindible en la operación de una planta, sobretodo en controles distribuidos con numerosos sistemas y un número limitado de consolas. Las variables que deben vigilarse en una instalación pueden ser mucho más numerosas que las que pueden vigilarse sobre las pantallas de operación. Generalmente no es necesario tener presente el pictograma de un proceso para controlar sus variables principales. Por ejemplo, el seguimiento del nivel de un tanque que posee una regulación automática no necesita tener presente en continuo en pantalla el pictograma del tanque. Tan solo es necesario vigilar el comportamiento y su tendencia en el tiempo. Las curvas de operación permiten resumir en una sola pantalla la tendencia de múltiples variables, permitiendo de esta manea tener una visión más global del proceso. Además el seguimiento de tendencias ayuda al Operador prever posibles desviaciones y adelantar su corrección. En el sistema de control de nivel de un tanque si se produce alguna incidencia con algún elemento, por ejemplo, la válvula de control de nivel, la variable vigilada irá disminuyendo progresivamente, de tal 106

Curso básico de Operador de planta energética forma que si el Operador observa esta tendencia de caída, puede actuar para corregir la desviación. En el diseño de un sistema se establecen las variables más importantes y generalmente en la fase de puesta en marcha se confeccionan pantallas de curvas, que son incluidas en el control por defecto. Pero lo más importante es que cada Operador tenga la posibilidad de configurar su propia pantalla de curvas. Partes de una pantalla de curvas En la Figura 26 se puede observar una pantalla de curvas de un sistema de control, al igual que para otras partes del control, dependiendo del fabricante es posible encontrarse modelos diferentes, pero lo más importante es que contengan la información precisa que requiere le Operador. Los dos bloques principales que deben estar contenidos dentro de la pantalla de curvas son la ventana de representación de las curvas y el cuadro descriptivo de las variables representadas.

Área de curvas

Área descriptiva

Figura 45. Áreas de pantalla de curvas

107

Curso básico de Operador de planta energética Las curvas se diferencian mediante un código de colores, seleccionable por el Operador. En el cuadro de descripción debe estar presente este código de colores. El cuadro de descripción de debe contener toda la información necesaria para la correcta interpretación de la curva. A continuación se detalla su estructura de contenidos. Código de color Mediante la selección de un color es posible la rápida identificación de la curva y la verificación del elemento objeto de seguimiento. Generalmente se seleccionan colores muy diferenciables entre ellos con objeto de minimizar el riesgo de error. Código elemento primario El código identificativo del instrumento o la señal hace que cada elemento sea único. Estando presente este código en el cuadro descriptivo se evita el error ante duplicidad de equipos idénticos en otros puntos del sistema. Descripción El texto descriptivo facilita al Operador la verificación de la señal o el instrumento que está siguiendo. El texto debe ser claro y conciso para facilitar la rápida identificación por parte del Operador. Rangos Todas las medidas trabajan dentro de unos rangos, estos permiten al Operador tener órdenes de magnitud del proceso. Los instrumentos con señales analógicas establecen los rangos entre los valores de las medidas físicas. 108

Curso básico de Operador de planta energética Generalmente estos rangos pueden ser configurables, para facilitar su visualización en la pantalla. Supóngase que un transmisor de caudal trabaja en condiciones normales en torno a valores de 100 Nm3/h y se establece un rango entre 0 Nm3/h y 10.000 Nm3/h, esta señal siempre se verá como una línea recta en la parte inferior de la pantalla y sus variaciones serán prácticamente imperceptible, por tanto un rango que puede ser más apropiado podría ser entre 0 Nm3/h y 200 Nm3/h, esta decisión se toma en función del comportamiento real de la variable, buscando en todo momento la mejor representatividad de la misma. Las variables de posición se representan generalmente entre rangos de 0% al 100% y también pueden representarse señales binarias entre rango de 0 y 1, estas últimas generan curvas de escalón entre los dos valores posibles e informan al Operador de la activación o desactivación de una señal. Unidades Las unidades representan el complemento necesario de la señal, dándole sentido al valor. Pueden ser magnitudes físicas como ºC, bar, m3/h o posición como %. Valor actual Es el valor que se está generando en cada momento. Generalmente localizable en el margen derecho de la curva. Valor seleccionado Es el valor que es posible seleccionar dentro de la curva. Generalmente mediante el ratón u otro medio de selección se puede congelar un punto del

109

Curso básico de Operador de planta energética trazado, con objeto de realizar un rápido análisis de la desviación de una variable.

Código color GH001CL01

Descripción Nivel taque agua

Rango inferior 0

Rango Valor superior seleccionado 50

Valor actual

Código elemento primario

100

%

30

Unidades

Figura 46. Información de curva

Información del área gráfica La información necesaria en el área gráfica es la relativa a la línea de tiempo que generalmente se localiza en el eje inferior y los rangos mostrados en los laterales del cuadro. Con esta información el Operador puede componer el comportamiento de una variable, sabiendo su valor en un momento determinado y su tendencia. Al igual que los rangos de la medida pueden ser configurables, también deben ser ajustables las ventanas de tiempo, permitiendo al Operador tener diferentes perspectivas temporales. En muchas ocasiones el cambio de tendencia de una variable puede ser más o menos evidente en función del horizonte temporal que se seleccione. Medidas muy estables sobre rangos muy cortos pueden generar curvas sin apenas desviación de trayectoria. Cuando se aumenta el rango de esta medida se observa claramente la tendencia del valor. Principales criterios de configuración de curvas

110

Curso básico de Operador de planta energética El Operador debe configurar las curvas buscando una visión clara del proceso y de sus posibles desviaciones. El conocimiento del proceso y de su comportamiento será necesario para establecer la priorización de señales y sus rangos. Ha de entenderse que aunque el sistema no limite el número de curvas configurables, un exceso de las mismas puede dificultar la visión clara del proceso en su conjunto. A continuación se detallan criterios básicos de configuración: 1. Deben seleccionarse medidas o señales críticas, es decir, aquellas que su desviación sensible implique disparo inmediato de la planta. También puede seleccionarse otras que preavisen del disparo de forma indirecta. 2. Deben agruparse por sistemas o aquellas que puedan tener vinculación entre sí. El sistema de caldera con las medidas críticas, por ejemplo, niveles de calderines. Si sobre la misma pantalla también se incluyen caudales de agua y/o vapor va a permitir de un solo vistazo verificar que se están produciendo correctamente los balances de masa en los calderines. La desviación de una variable, generalmente influye en las del resto des sistema. Agrupando sistemas permite observar de manera inmediata esta interacción. 3. Deben seleccionarse colores que permitan la clara identificación de las diferentes señales. Se evitará de esta manera cometer el error de confundir una señal con otra.

111

Curso básico de Operador de planta energética 4. Deben

seleccionarse

correctamente

los

rangos

de

medida.

Permitiendo que la variación de los valores reales de la media sea evidentes en el trazado de la curva, aparte de visible. 5. Debe seleccionarse correctamente la ventana de tiempo. Con objeto de que las variaciones temporales sean evidentes en el trazado de la curva. En los sistemas de control actuales la flexibilidad en la configuración de curvas es muy amplia, pudiendo seleccionar variables conectándolas con hojas de cálculo para un mejor análisis de su tendencia. Todas estas herramientas mejoran considerablemente la posibilidad de análisis de escenarios, pero se ha de tener en cuenta que el Operador generalmente no dispone de la oportunidad de aislarse de la planta en su conjunto para analizar un escenario determinado. La planta en todo momento está generando información y el Operador no puede perder de vista el proceso. Debe mantener su concentración orientada a la vigilancia continua de la misma.

112

Curso básico de Operador de planta energética

6. Elaboración de procedimientos de operación Los procedimientos de operación son las guías de arranque, operación

y

parada de la planta. Establecen la secuencia según los mejores criterios posibles con objeto de evitar errores y optimizar las maniobras de operación. La estructura de un procedimiento es lineal, subdividida en pasos. Se detallan de forma inequívoca los equipos y elementos que deben actuarse en cada fase de la maniobra, aportando la información complementaria que sea necesaria para su correcta operación. 6.1

El procedimiento cómo guía de referencia en operación

Las maniobras básicas de operación son la preparación para el arranque, operación y parada hasta condición segura. En sistemas sencillos todas estas maniobras se pueden realizar sin guía, debido a que su secuencia lógica de operación es bastante intuitiva y evidente. Por ejemplo, antes de arrancar una bomba que aspira agua de un tanque, será necesario asegurarse de que hay nivel en el tanque y que se abre la válvula de aspiración. Por muy obvio que parezca siempre se debe considerar el factor error humano. En maniobras muy sencillas, el exceso de confianza u otro factor ambiental pueden llevar al Operador a confundirse. En sistemas más complejos o en plantas con numerosos sistemas este riesgo se multiplica. Por otro lado, hay sistemas que tiene diferentes opciones de arranque, puede ocurrir que diferentes Operadores opten por diferentes formas de arrancar, esta falta de homogeneidad no es recomendable para la planta y dificulta el análisis de incidencias si las hubiera. Los procedimientos de operación aportan uniformidad y control en las maniobras de operación, aun considerando que las primeras revisiones de los mismos no sean las más adecuadas, debido a que el conocimiento del 113

Curso básico de Operador de planta energética comportamiento de la planta aportará mejoras al procedimiento que irá enriqueciéndose en revisiones posteriores. Un procedimiento debe ser un documento vivo y útil, que se adapte con agilidad a la realidad operativa de la planta. Cada complejo industrial elaborará y desarrollará sus procedimientos con el volumen y estructura de información mejor adaptada a su tipo de proceso. Además, los soportes sobre los que se desarrollan los procedimientos se han actualizado a formatos digitales y/o interactivos, permitiendo mayor agilidad y eficacia como herramienta de apoyo a la operación. Se describe a continuación la información básica que debe contener un procedimiento. Área de Codificación, título, fecha y revisión Los procedimientos deben ser documentos registrados bajo un control dentro de la documentación importante de la empresa, por tano requieren de codificación. La codificación debe ir en línea con la del resto de la planta, de esta forma facilitará su gestión. Por ejemplo, si la planta de agua desmineralizada está codificada con las letras AD, el procedimiento debería incluir en su codificación las letras AD. En la misma línea de la necesidad de codificación se encuentran los conceptos de fecha y revisión. Ambos aportan información útil de trazabilidad de la información. Finalmente es necesario incluir el título del procedimiento como referencia de su contenido. Generalmente se detallará la maniobra y el sistema al que pertenece. 114

Curso básico de Operador de planta energética

AD-PR001 10/09/2014

Arranque de planta de agua desmineralizada

Rev. 05 Código, fecha y revisión

Título descriptivo

Figura 47. Elementos identificables del procedimiento

Área de responsabilidades Al tratarse de documentación para maniobras su emisión puede llevar consigo una línea de responsables cuya aprobación es necesaria. Generalmente en el documento aparecen de tres figuras, la persona que lo elabora, la persona que lo revisa y la persona que lo aprueba. En los soportes en papel la firma de estas tres personas quedará rubricada en el documento, en los formatos de soporte digital quedará certificada mediante algún permiso de usuario. Área de detalle del procedimiento La estructura de la información presentada en un procedimiento es generalmente lineal y subdividida en pasos. Ha de mostrar los pasos, la descripción detallada de la maniobra y comentarios útiles y/o necesarios para la ejecución de la maniobra. Pasos Los pasos se numeran correlativamente. Permiten ordenar la estructura de la información y son la referencia ante maniobras adelantadas o retrasadas. Por ejemplo, en el arranque de un sistema que requiere de unas determinadas maniobras precedentes en caso de primer arranque, pero no ser necesarias en caso de partir de una condición de rearranque. En tal caso, llegado el paso de 115

Curso básico de Operador de planta energética decisión se puede detallar en el procedimiento el salto al paso correspondiente en función de la condición cumplida. Se utilizaría un texto en esta línea: “Si la temperatura es >120ºC a la salida del circuito de alta VAP01CT001 continuar el procedimiento por el paso 10”. De esta manera se identifica exactamente la maniobra que debe realizarse en cada momento. Descripción de maniobra La redacción del texto debe ser clara y concisa, además debe usarse la codificación de los elementos a actuar, con objeto de evitar el error de actuar sobre otro equipo ubicado en diferente localización. Generalmente la frase descriptiva debe iniciarse con el verbo de acción en infinitivo, de tal manera que la acción quede clara desde el principio. Por ejemplo, si se desea arrancar una bomba con mínima recirculación se deberá describir con detalle cada uno de los pasos, como se muestra en la Figura 48.

116

Curso básico de Operador de planta energética

AD01VAL002

AD01VAL003

AD01BOM001

AD01VAL001

Pasos Descripción maniobra 1

Abrir válvula de aspiración AD01VAL001

2

Abrir válvula de mínima recirculación AD01VAL002

3

Arrancar bomba de agua desmineralizada AD01BOM001

4

Abrir válvula de descarga AD01VAL003 Figura 48. Pasos de procedimiento de arranque

Comentarios Los comentarios son las notas aclaratorias de cada maniobra. Son de gran utilidad para detallar permisivos puntuales o recordatorios de acciones manuales. Deben describirse con texto calo y conciso. Si se refieren a algún elemento de planta, este debe estar detallado con su código con objeto de evitar errores de confusión con otro elemento.

117

Curso básico de Operador de planta energética

AD01VAL002

AD01VAL003

AD01BOM001

AD01VAL001

Pasos

Descripción maniobra

Comentarios

1

Abrir válvula de aspiración AD01VAL001

2

Abrir válvula de mínima recirculación AD01VAL002

3

Arrancar bomba de agua desmineralizada AD01BOM001

Comprobar que el nivel del tanque AD01CL001 > 50%

4

Abrir válvula de descarga AD01VAL003

Abrir por pulsos lentamente

Figura 49. Procedimiento con columna de comentarios

6.2

Modelos de procedimientos de sistemas independientes o unidades completas

El conjunto total de procedimientos se agrupa por unidades. Cada Operador debe conocer los procedimientos que le aplican en función de los sistemas que deba operar en la planta. Cada empresa diseña la arquitectura de su documentación según su mejor criterio.

Pueden

establecerse

dos

filosofías,

una

que

fragmenta

los

procedimientos en los sistemas más básicos, de tal manera que una unidad de planta poseerá un número determinado de procedimientos. Este modelo necesita de completos sistemas de indexado para localizar ágilmente el 118

Curso básico de Operador de planta energética procedimiento que el Operador necesita. El inconveniente es que en plantas con alto grado de integración entre unidades existen muchas interconexiones entre estas, si el formato es documento de papel, el Operador tiene que estar trabajando con numerosos documentos y este hecho resta eficacia a su trabajo. Si el soporte está sobre formato digital, la existencia de vínculos entre sistemas hace que la navegación sobre procedimientos sea mucho más ágil. Otra filosofía de elaboración es desarrollar los procedimientos por unidades completas o por puestos de operación, de tal forma que un Operador que tiene asignado un número determinado de sistemas sólo cuente con un extenso procedimiento de su puesto o con los dos o tres de sus unidades. La información debe ser la misma en ambos casos, la diferencia es el grado de agrupamiento. Al igual que en el otro modelo, los sistemas soportados en formato digital con vínculos entre áreas facilitan la navegación dentro del procedimiento. Un ejemplo ilustrativo de ambas opciones sería la operación de un ciclo combinado. Es posible subdividir la planta en sistemas, de tal forma que el arranque de las bombas de alimentación de unos de los sistemas de presión tenga su propio procedimiento, y con esta filosofía ir definiendo los numerosos procedimientos que corresponden a cada unidad de la planta. El Operador debe tener un procedimiento general a modo de índice que le indica los procedimientos que debe usar en cada momento. La otra opción es poseer un único procedimiento de arranque de ciclo combinado, incluyendo toda la información del arranque de los sistemas. La opción intermedia es tener tres procedimientos, uno por unidad, turbina de gas, caldera de recuperación y turbina de vapor. Esta última alternativa es útil si hay más de un Operador 119

Curso básico de Operador de planta energética responsable de cada unidad, por ejemplo, uno para turbina de gas y otro para caldera y turbina de vapor. Es importante saber que con la digitalización de los contenidos documentales las posibilidades se han flexibilizado y permiten opciones mucho más adaptadas a las necesidades de cada planta, como integración de los procedimientos en los propios sistemas de control, vinculados a herramientas ofimáticas de optimización de tiempos de maniobras principales, etc.

120

Curso básico de Operador de planta energética

7. Organización de equipos de operación. Calendario de turno. En trabajo en plantas industriales generalmente se desarrolla a lo largo de las 24 horas del día los 365 días del año, pueden existir procesos con producción discontinua con ciclos de 14 o 16 horas, pero en instalaciones como centrales térmicas, nucleares o petroquímicas la producción es ininterrumpida. Este hecho obliga a organizar al equipo de operación en turnos para cubrir todas las horas de producción. Existen numerosos modelos organizativos para asegurar la presencia continua de personal de operación. De todas las opciones se desarrollarán los más implantados. Un factor importante que debe conocerse antes de programar un calendario a turnos es que los trabajadores que desarrollan su jornada en ese régimen modifican hábitos de vida sensiblemente y esto influye a nivel fisiológico a largo plazo. Esta es la justificación de pluses salariales asociados a su jornada, como son turnicidad o nocturnidad. Además de romperse los ciclos naturales de sueño y alimentación, se pueden producir trastornos motivados por factores sociales o familiares. Un factor importante que debe conocerse antes de programar un calendario a turnos es que los trabajadores que desarrollan su jornada en ese régimen modifican hábitos de vida sensiblemente y esto influye a nivel fisiológico a largo plazo. Esta es la justificación de pluses salariales asociados a su jornada, como son turnicidad o nocturnidad. Además de romperse los ciclos naturales de sueño y alimentación, se pueden producir trastornos motivados por factores sociales o familiares. Por ello es importante tener en consideración las repercusiones que tiene el trabajo a turnos en la Salud del trabajador a fin de organizar los turnos convenientemente y prever unas condiciones de trabajo adecuadas. 121

Curso básico de Operador de planta energética http://riesgoslaborales.wke.es/articulos/trabajo-a-turnos-modalidadesconsecuencias-para-la-salud-e-intervenci%C3%B3n-i

7.1

Criterios iniciales, ciclos de producción y grado de disponibilidades

Las prioridades a establecer en el calendario de turno son en primer lugar asegurar la presencia completa adaptada a los ciclos de producción, disponer de criterios claros sobre la mecánica de cubrir ausencias y establecer ciclos que legalmente respeten las jornadas de descanso. En la primera fase de elaboración de un calendario se deberá conocer el ciclo de producción del proceso. Si el proceso productivo se realiza durante 8 horas al día, a no ser que maniobras anexas a este proceso requieran de más tiempo, en principio no será necesario un turno de operación. Si el proceso es discontinuo durante 16 horas, es necesario programar dos turnos. En estos procesos discontinuos se deben conocer los días por semana. Si los días de producción son iguales o menores de 6, sólo serán necesarios dos turnos de operación como mínimo, para la producción de semana completa hay que contemplar más de dos turnos, para poder programar los descansos legalmente obligatorios. Para ciclos de producción de 24 horas se puede establecer una rotación de tres turnos de 8 horas durante periodos de 7 días o turnos de 12 horas en periodos más cortos. Toda configuración de calendario debe cumplir estrictamente el Estatuto de los Trabajadores (art. 36) y resto de leyes relativas a jornada laboral que les apliquen. http://www.empleo.gob.es/es/guia/texto/guia_6/contenidos/guia_6_14_1.htm Cubierto el tiempo total de producción con personal a turno se deben prever los mecanismos de resolución de incidencias. La situación más previsible es la 122

Curso básico de Operador de planta energética ausencia de una de las personas en el relevo del turno, o la ausencia por baja. Para estas situaciones existen tres posibilidades, la primera es que otra persona asuma su trabajo, por ejemplo ante la ausencia de un Operador de sala de control el Jefe de Turno puede asumir temporalmente su puesto. Esta opción generalmente se adopta para situaciones de mayor urgencia, ante una indisposición puntual del trabajador. Otra solución es disponer de un equipo de retén, este modelo se basa en establecer un equipo de trabajadores que mantengan una disponibilidad continua, de tal forma que ante la ausencia de alguno de los trabajadores, la persona que está de retén cubra su puesto en un tiempo máximo determinado. Otro modelo posible es incrementar el número de equipos de turno, por ejemplo, el número mínimo de equipos necesarios para cubrir una producción anual completa, es cinco, en turnos de 8 horas, esta configuración puede aumentarse en un turno más. Las funciones de este sexto turno serían de apoyo a la operación, revisión de procedimientos o ingeniería de operación, además estarían en disposición de entrar a cubrir una eventual ausencia. Finalmente la opción más inmediata es mediante la prolongación de jornada, por ejemplo, si el trabajador que releva a un Operador causa ausencia, este deberá

mantenerse en su puesto hasta el turno siguiente y en días

consecutivos dos Operadores trabajando a 12 horas cubrirían la ausencia del trabajador ausente. En todos estos mecanismos siempre hay que respetar la legalidad vigente. Todas las alternativas de organización pueden ser validas en los diferentes modelos de producción, contemplando también la posibilidad de aplicar diferentes formulas en función de la situación, con la condición, de que cada trabajador tenga claro que opción utilizar en cada tipo de incidencia. 123

Curso básico de Operador de planta energética El horizonte temporal de programación debe ser suficiente como para ofrecer estabilidad, generalmente la planificación se realiza con carácter anual. Cada trabajador conoce sus periodos de trabajo y el horario a realizar. En la actual línea de mejora de condiciones laborales, conciliación familiar y social, los calendarios pueden proyectarse a más largo plazo, de tal forma que se tengan en cuenta criterios como mejores periodos vacacionales, fechas del año con especial importancia social, como fiestas nacionales y otros factores que al tenerlos en cuenta mejoran la calidad de vida del trabajador. Con una planificación en este sentido se evita el riesgo de que un mismo trabajador tenga que trabajar varios años consecutivos en una misma fecha señalada. Los horarios para completar el ciclo productivo pueden también variar en función del proceso o de otras condiciones organizativas. En procesos discontinuos de 16 horas, por ejemplo, se puede fraccionar en dos jornadas de 8 horas, una de 06:00 a 14:00 y otra de 14:00 a 22:00. En procesos continuos de 24 horas, los horarios pueden dividirse en 3 jornadas iguales de 8 horas con la siguiente distribución: Turno

Entrada

Salida

Turno de mañana

06:00

14:00

Turno de tarde

14:00

22:00

Turno de noche

22:00

06:00

Figura 50. Turno de 8 horas

La selección de horarios dependerá de diferentes factores, incluso puede que hábitos sociales influyan en la modificación de los mismos. El desequilibrio de horas de jornada es otra posibilidad, que cuando se produce se debe 124

Curso básico de Operador de planta energética considerar su equilibrado a largo plazo para no descompensar las horas trabajadas por cada trabajador en el computo general del año. Un modelo de horario con jornadas desiguales puede ser: Turno

Entrada

Salida

Turno de mañana

07:00

14:30

Turno de tarde

14:30

22:00

Turno de noche

22:00

07:00

Figura 51. Turno con horario desigual

Planificar un calendario de turno con un horario como el presentado en la Figura 51 implica que todos los trabajadores realicen los mismos tipos de jornadas al año, con el objeto de que todos trabajen las mismas horas en este periodo. Es importante que los horarios de los ciclos se organicen para seguir la secuencia de mañana, tarde y noche, fundamentalmente para asegurar las máximas horas de descanso entre días. Supóngase un horario de mañana programado de 06:00 a 14:00 y uno de tarde de 14:00 a 22:00. La secuencia de un primer día de mañana y otro de tarde, permitiría un descanso de 12 horas desde la salida a la incorporación. Si se conmuta este criterio, el tiempo de descanso no superaría las 8 horas. Actualmente existen herramientas específicas de programación de calendarios de turnos. Incluso es posible acceder a calculadoras en la red que permiten planificaciones básicas (www.aturnos.com). Otra opción es el uso de herramientas ofimáticas como hojas de cálculo o bases de datos. Lo más

125

Curso básico de Operador de planta energética importante es cumplir los criterios expuestos: Presencia continua de equipo de turno y respeto de periodos de trabajo y descanso. 7.2

Modelo en producción continua

Los modelos de producción continua implican la necesidad de presencia las 24 horas, durante periodos largos de tiempo. Se debe considerar el cumplimiento estricto de la ley, por tanto el cómputo de horas semanales en el año no debe superar las 40. Además las horas extraordinarias deben hacerse como medida excepcional ante situaciones puntuales de necesidad, por tanto un calendario no debe contener horas extraordinarias de antemano. El cálculo inicial para ajustar número de equipos de turno es sencillo, considerando 8760 horas de un año y considerando que no deben excederse las 40 horas semanales, el trabajador nunca debería superar las 2080 horas, esto corresponde a un número superior de cuatro equipos de turno en jornadas de 8 horas. Un modelo clásico es una configuración de 5 turnos, respetando todos los criterios anteriormente expuesto. La simbología generalmente utilizada es M=Mañana, T=Tarde, N=Noche, D=Descanso Modelo de 5 equipos de turno en 7 días sin rotación El modelo sin rotación en los 7 días se basa en realizar durante los 7 días el mismo horario. Esta configuración permite establecer el ciclo de 7 mañanas, 5 descansos, 7 tardes, 4 descansos, 7 noches, 5 descansos. El ciclo completo finaliza en un periodo de 35 días. Una alternativa a este ciclo es 7 mañanas, 2 descansos, 7 tardes, 2 descansos, 7 noches, 2 descansos. 126

Curso básico de Operador de planta energética

Turno 1 Turno 2 Turno 3 Turno 4 Turno 5

1 L M N D T D

2 M M N D T D

3 X M D N T D

4 J M D N T D

5 V M D N T D

6 S M D N D T

7 D M D N D T

8 L D M N D T

9 M D M N D T

10 X D M D N T

11 J D M D N T

12 V D M D N T

13 S T M D N D

14 D T M D N D

15 L T D M N D

16 M T D M N D

17 X T D M D N

18 J T D M D N

19 V T D M D N

20 S D T M D N

21 D D T M D N

22 L D T D M N

23 M D T D M N

24 X N T D M D

25 J N T D M D

26 V N T D M D

27 S N D T M D

28 D N D T M D

29 L N D T D M

30 M N D T D M

31 X D N T D M

32 J D N T D M

33 V D N T D M

34 S D N D T M

35 D D N D T M

29 L D N T D M

30 M D N T D M

31 X D N D T M

32 J D N D T M

33 V D D N T M

34 S D D N T M

35 D D D N T M

Figura 52. Calendario 7-5-7-4-7-5 sin rotación en el ciclo

Turno 1 Turno 2 Turno 3 Turno 4 Turno 5

1 L M D N T D

2 M M D N T D

3 X M D N D T

4 J M D N D T

5 V M D D N T

6 S M D D N T

7 D M D D N T

8 L D M D N T

9 M D M D N T

10 X T M D N D

11 J T M D N D

12 V T M D D N

13 S T M D D N

14 D T M D D N

15 L T D M D N

16 M T D M D N

17 X D T M D N

18 J D T M D N

19 V N T M D D

20 S N T M D D

21 D N T M D D

22 L N T D M D

23 M N T D M D

24 X N D T M D

25 J N D T M D

26 V D N T M D

27 S D N T M D

28 D D N T M D

Figura 53.Calendario 7-2-7-2-7-10 sin rotación en el ciclo

Los modelos basados en ciclos sin rotación actuadamente se van abandonando, aunque es posible encontrarlos en muchas plantas. Los periodos prolongados de un solo horario tienen más riesgo de generar desajustes psicofisiológicos a largo plazo, trastornos del sueño, etc. Por este motivo hoy en día se están implantando modelos con rotación dentro del ciclo. Modelo de 5 equipos de turno en 7 días con rotación En este modelo de calendario durante los 7 días se realizan todos los horarios. Es un formato más orientado a la conciliación, con criterios como trabajar en el mismo horario durante el fin de semana o cubrir fines de semana completos con la idea de poder descansar otros completos. El criterio de configuración se establece bajo los siguientes principios: Los 7 días se fraccionan en 2 en un horario, 2 en otro horario y tres en el tercero. Los tres días continuados en un horario corresponden con el fin e semana, de tal forma que las combinaciones serán: 2 mañanas, 2 tardes, 3 noches 2 mañanas, 3 tardes, 2 noches 127

Curso básico de Operador de planta energética 3 mañanas, 2 tardes, 2 noches El ciclo completo se realiza bajo el criterio 7-5-7-4-7-5 o 7-2-7-2-7-10

Turno 1 Turno 2 Turno 3 Turno 4 Turno 5

1 L M T N D D

2 M M T N D D

3 X T N D M D

4 J T N D M D

5 V N D D T M

6 S N D D T M

7 D N D D T M

8 L D D M N T

9 M D D M N T

10 X D M T D N

11 J D M T D N

12 V M T N D D

13 S M T N D D

14 D M T N D D

15 L T N D M D

16 M T N D M D

17 X N D D T M

18 J N D D T M

19 V D D M N T

20 S D D M N T

21 D D D M N T

22 L D M T D N

23 M D M T D N

24 X M T N D D

25 J M T N D D

26 V T N D M D

27 S T N D M D

28 D T N D M D

29 L N D D T M

30 M N D D T M

31 X D D M N T

32 J D D M N T

33 V D M T D N

34 S D M T D N

35 D D M T D N

30 M D N D M T

31 X D D M T N

32 J D D M T N

33 V D M T N D

34 S D M T N D

35 D D M T N D

Figura 54. Calendario 7-5-7-4-7-5 con rotación en el ciclo

Turno 1 Turno 2 Turno 3 Turno 4 Turno 5

1 L M T N D D

2 M M T N D D

3 X T N D M D

4 J T N D M D

5 V N D M T D

6 S N D M T D

7 D N D M T D

8 L D D T N M

9 M D D T N M

10 X M D N D T

11 J M D N D T

12 V T D D M N

13 S T D D M N

14 D T D D M N

15 L N M D T D

16 M N M D T D

17 X D T D N M

18 J D T D N M

19 V M N D D T

20 S M N D D T

21 D M N D D T

22 L T D M D N

23 M T D M D N

24 X N M T D D

25 J N M T D D

26 V D T N D M

27 S D T N D M

28 D D T N D M

29 L D N D M T

Figura 55. Calendario 7-2-7-2-7-10 con rotación en el ciclo

7.3

Modelos en producción intermitente

Los modelos de producción intermitentes son aquellos que no requieren de disponibilidad 24x7. Pueden depender de ciclos de demanda puntual, por tanto su programación se debe adaptar a estas condiciones. En productos con posibilidad de almacenaje puede no ser necesaria la producción ininterrumpida, debido a que su stock puede absorber la necesidad de trabajo a turnos. Servicios auxiliares de producciones continuas pueden no requerir adaptar sus horarios a los del turno de la actividad principal, por ejemplo, en plantas químicas con laboratorio analítico. Si el protocolo de toma de muestra y análisis de determinados productos es 2 veces por día, es posible programarlos en un horario que no obligue a presencia continua de analistas. Si la planta es muy crítica y necesita puntualmente el servicio de laboratorio, puede considerarse la implantación de un retén, para cubrir necesidades puntuales fuera del horario planificado.

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Curso básico de Operador de planta energética Uno de los modelos más frecuentes de turno no continuado es el que se desarrolla de lunes a jueves, en horario de mañana y tarde. Modelo de dos equipos con rotación semanal Modelo diseñado para ciclos de lunes a viernes en dos horarios, mañana y tarde. Frecuentemente los horarios que se establecen son de 06:00 a 14:00 y de 14:00 a 22:00.

Turno 1 Turno 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L M X J V S D L M X J V S D M M M M M D D T T T T T D D T T T T T D D M M M M M D D

Figura 56. Calendario dos equipos con rotación semanal

Modelo de tres equipos con rotación semanal Los modelos de producción intermitente pueden tener ciclos de 24 horas, aunque no los 7 días, de tal forma que pueden establecerse configuraciones basadas en tres turnos trabajando 24 en ciclos inferiores a 7 días, por ejemplo de lunes a viernes.

Turno 1 Turno 2 Turno 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 L M X J V S D L M M M M M M D D T T T T T T T D D N N N N N N N D D M M

10 X T N M

11 J T N M

12 V T N M

13 S D D D

14 D D D D

Figura 57. Calendario tres turnos 24 horas con rotación semanal

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