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Desafío
- Un sistema de control para turbomaquinaria en una plataforma abierta que permite reciclar el gas dentro del compresor evitando las antorchas, con optimización de costos y rentabilidad, tanto en el greenfield como en el brownfield.
Soluciones
PlantPAx DCS moderno
- Automatización del sistema de control de turbomaquinaria basado en algoritmos configurables integrados de Allen-Bradley ControlLogix
Resultados
- Ahorro de energía
- Mayor eficiencia
- Mayor rentabilidad
La visión de una antorcha en la noche, cuando se pasa por una refinería, tiene algo fascinante si no se piensa en lo que hay detrás de estas antorchas. Todos entendemos perfectamente que esto, como cualquier fenómeno de combustión, es en realidad contaminación de la atmósfera.
Un análisis más profundo sobre el funcionamiento de estas plantas nos llevaría a la conclusión de que la energía desperdiciada de esta manera podría aprovecharse.
La creciente atención mostrada en los últimos tiempos por muchas empresas con respecto a la eficiencia y la reducción de los costos de gestión de la planta, además de una mayor sensibilidad a las políticas de sostenibilidad ambiental, debería conducir a una disminución gradual de estas antorchas.
Pero, ¿cómo minimizar un fenómeno que causa graves daños a la comunidad y niega a la empresa la oportunidad de hacer el mejor uso de sus recursos?
Como suele ocurrir, la solución al problema no es tan compleja y se caracteriza específicamente por una relación costo/beneficio decididamente a favor de este último.
Contar con un sistema de control de turbomaquinaria que permita el reciclaje del gas producido por el compresor que acciona la turbina significa la capacidad de reutilizar un recurso energético que de otro modo tendría que quemarse, creando una antorcha. Un sistema que se traduce en beneficios tangibles en términos de reducción del consumo de energía, mejora de la productividad y del uso de los activos y, por último, pero no menos importante, reducción de la contaminación ambiental.
Este sistema se traduce en beneficios tangibles en términos de reducción del consumo de energía, mejora de la productividad y el uso de activos y, por último, pero no menos importante, reducción de la contaminación.
Ingeniería y tecnología químicas para aumentar la rentabilidad
Energy Control Technologies, o ECT, se estableció en Estados Unidos hace aproximadamente una docena de años y desde hace tres años opera su propia subsidiaria en Europa. La empresa ha centrado su actividad en el control de turbomaquinaria de plataforma abierta, especializándose en aplicaciones, know-how y algoritmos de control para grandes compresores rotativos para plantas industriales, ya sean axiales, centrífugos, turbinas de vapor, turbinas de gas o turboexpansores.
Se trata de una actividad especializada que desempeña un papel en las aplicaciones de automatización industrial y se basa en la creación de algoritmos muy complejos que, teniendo en cuenta la termodinámica del gas dentro de los compresores, evitan la necesidad de quemar una antorcha, garantizando la eficiencia energética no solo para el compresor, sino también para la máquina y todo el sistema. Estos sistemas requieren niveles extremadamente altos de tasas de respuesta de escaneo del procesador desde el punto de vista del hardware, alrededor de 30/40 milisegundos, y encuentran su aplicación ideal cuando se integran dentro de un sistema de control de compresores.
ECT ha encontrado estas características en Rockwell Automation, con la que ha sido socio OEM durante más de diez años, reconociendo el controlador de automatización programable ControlLogix® de Allen-Bradley® como su instalación de hardware más histórica, confiable y de referencia, con el valor añadido de una integración transparente con el sistema de control distribuido PlantPAx®.
Plataformas propietarias vs. abiertas
Hace unos 30 o 40 años, cuando se desarrolló este nicho de mercado, los PLC del mercado no ofrecían el rendimiento requerido y esto significaba que, para la funcionalidad anti-sobrecarga, la industria desarrollaba plataformas de hardware de propiedad exclusiva en las que se instalaba el software. Aunque esta no es una situación óptima, ya que crea una estrecha dependencia entre la empresa y el desarrollador de la solución de caja negra, este tipo de panorama tecnológico sigue siendo bastante frecuente; por ejemplo, en términos de costos y tiempo de servicio en caso de fallo o el manejo de piezas de repuesto destinadas únicamente a esa unidad.
Al proporcionar algoritmos de control configurables y no programables para turbomaquinaria instalada en plataformas de hardware abierto, con preferencia por ControlLogix de Rockwell Automation, ECT está ayudando con éxito a erradicar esta práctica, según los beneficios reportados por sus clientes. La elección de proporcionar algoritmos configurables y no programables significa que el núcleo del algoritmo está sellado y no se puede cambiar. Por ejemplo, los 600 parámetros de configuración para ejecutar el algoritmo de control de sobretensión básico en una máquina o planta específica crean un proceso repetible que está perfectamente documentado y, por lo tanto, es absolutamente independiente de quien lo haya desarrollado. Esto permite que se mantenga con el tiempo porque se basa en los mismos bloques de construcción que están bien documentados y, por lo tanto, se pueden replicar proyecto tras proyecto.
Un proyecto de mejores prácticas
Un ejemplo de esto es el proyecto llevado a cabo por ECT y Rockwell Automation para un OEM que opera en la República Checa y que ha construido un compresor para una empresa de gas y petróleo de Eslovaquia. Se trata de una aplicación de gas de etileno comprimido y, concretamente, de una unidad de planta en el proceso de refinado principal. Aunque esta unidad no es esencial para el refinado y no tiene ningún impacto en el funcionamiento de la planta en caso de que se apague, representa una mejora que aumenta considerablemente la productividad de la refinería. En una industria tan competitiva como la del refinado, la explotación y el reuso parcial del material obtenido de los residuos del proceso y el consiguiente aumento de la productividad hacen que la disponibilidad de estas plantas satélite sea especialmente importante, ya que tienen un fuerte impacto en la rentabilidad de las empresas de gas y petróleo.
La actualización representa una mejora que incrementa considerablemente la productividad de la refinería.
En este proyecto, se ha instalado un motor eléctrico con un compresor de dos etapas controlado por válvulas cuya función de apertura/cierre permite la regulación del flujo de gas, así como de la presión y la temperatura. El sistema de control se basa en un ControlLogix controlador para las funcionalidades antisurge, con válvulas que controlan el paso a cada etapa para evitar aumentos incontrolados de la temperatura y la presión del gas que comprometerían el compresor y correrían el riesgo de fundirlo. El sistema también incluye lazos de control con controladores de cuña que inyectan gas frío en la línea de reciclaje para compensar el sobrecalentamiento con la apertura temprana de válvulas en función de las curvas de transformación de etileno. Todo esto se ha logrado integrando el sistema de control del compresor, gestionado a través del PlantPAx DCS de Rockwell Automation.
Una característica distintiva de este proyecto es el uso de la arquitectura multiprocesador ControlLogix. Cuando ya existe un sistema de control de compresores que utiliza soluciones de Rockwell Automation, es especialmente útil integrar una CPU adicional dedicada a los algoritmos ECT para la función antisurge. De esta manera, los dos sistemas, aunque perfectamente segregados ya que cada uno tiene su propia CPU y tarjeta de E/S, coexisten en un solo controlador y crean una solución completamente integrada para el control de máquinas y la gestión antisurge, superando la dicotomía representada por situaciones híbridas en las que la función antisurge se gestiona con soluciones de caja negra completamente desconectadas del sistema de control de compresores.
En el caso de la empresa de gas y petróleo de Eslovaquia, el proyecto se creó desde cero, pero dicha solución también es perfectamente aplicable a las plantas existentes, donde las plataformas propietarias para antisurge pueden reemplazarse e integrarse en un único entorno de control representado por el sistema PlantPAx existente. Esta integración proporciona acceso a todas las capacidades analíticas nativas del sistema de control distribuido PlantPAx para mejorar, por ejemplo, las estrategias de mantenimiento predictivo y minimizar el tiempo improductivo.
Información adicional
Los resultados mencionados anteriormente son específicos del uso de ECT de los productos y servicios de Rockwell Automation junto con otros productos. Los resultados específicos pueden variar para otros clientes.
Declaración de la empresa asociada
Energy Control Technologies (ECT) ofrece soluciones de control para turbocompresores, turbinas de vapor, turbinas de gas, turboexpansores, compresores de tornillo, compresores alternativos y centrifugadoras. Las soluciones de ECT aumentan la eficiencia energética y la producción, a la vez que mejoran la protección de las máquinas.
Las soluciones de ECT incluyen control de surge, control de rendimiento, loadsharing, control de velocidad y extracción de turbinas de vapor, control y secuenciamiento de combustible de turbinas de gas, control de turboexpansor, protección contra vibraciones, control de red de aire de planta, servicios de simulación y sistemas de control y protección de centrifugadoras.
Publicado 27 de diciembre de 2020