IIIIIIIIIIIInnnnnnnnnnnnggggggggggggeeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnniiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeerrrrrrrrrrrrííííííííííííaaaaaaaaaaaa BBBBBBBBBBBBáááááááááááássssssssssssiiiiiiiiiiiiccccccccccccaaaaaaaaaaaa ppppppppppppaaaaaaaaaaaarrrrrrrrrrrraaaaaaaaaaaa llllllllllllaaaaaaaaaaaa AAAAAAAAAAAAuuuuuuuuuuuuttttttttttttoooooooooooommmmmmmmmmmmaaaaaaaaaaaattttttttttttiiiiiiiiiiiizzzzzzzzzzzzaaaaaaaaaaaacccccccccccciiiiiiiiiiiióóóóóóóóóóóónnnnnnnnnnnn ddddddddddddeeeeeeeeeeee uuuuuuuuuuuunnnnnnnnnnnnaaaaaaaaaaaa PPPPPPPPPPPPllllllllllllaaaaaaaaaaaannnnnnnnnnnnttttttttttttaaaaaaaaaaaa PPPPPPPPPPPPeeeeeeeeeeeettttttttttttrrrrrrrrrrrrooooooooooooqqqqqqqqqqqquuuuuuuuuuuuíííííííííííímmmmmmmmmmmmiiiiiiiiiiiiccccccccccccaaaaaaaaaaaa ddddddddddddeeeeeeeeeeee AAAAAAAAAAAAllllllllllllmmmmmmmmmmmmaaaaaaaaaaaacccccccccccceeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnaaaaaaaaaaaammmmmmmmmmmmiiiiiiiiiiiieeeeeeeeeeeennnnnnnnnnnnttttttttttttoooooooooooo Titulación: Innggeenniieerroo TTééccnniiccoo IInndduussttrriiaall eesspecialidad en Electrónica Intensificación: Tecnología Electrónica Alumno: JJuuaann MMiigguueell MMiiññaarrrroo HHeerrnnáánnddeezz Director: DDrr.. AAnnttoonniioo GGuueerrrreerroo GGoonnzzáálleezz Cartagena, DDiicciieemmbbrree de 2013 Índice Planta Petroquímica ÍÍÍÍnnnnddddiiiicccceeee:::: CAPÍTULO 1 ................................................................................................................................... 8 1. Introducción ...................................................................................................................... 8 1.1. Motivaciones ............................................................................................................. 8 1.2. Objeto ........................................................................................................................ 8 1.3. Resumen .................................................................................................................... 9 CAPÍTULO 2 ................................................................................................................................. 11 2. Generalidades ................................................................................................................. 11 2.1. Fundamentos del proceso de destilado del Petróleo. ............................................ 11 2.2. Fases del refinado del Petróleo ............................................................................... 12 2.2.1. Proceso De Topping o Destilación Primaria .................................................... 13 2.2.2. Destilación Secundaria o Cracking .................................................................. 14 2.2.3. Craqueo térmico en dos etapas ...................................................................... 15 2.2.4. Craqueo catalítico con catalizador fluido ........................................................ 15 2.3. Proceso de la Planta Petroquímica.......................................................................... 17 2.4. Producto Almacenado: Betún Asfáltico .................................................................. 18 2.4.1. Definición de los diferentes tipos de ligantes bituminosos ............................ 19 2.4.2. Fabricación de Betunes ................................................................................... 22 2.5. Automatización Industrial ....................................................................................... 23 CAPÍTULO 3 ................................................................................................................................. 26 3. Instrumentación y Válvulas ............................................................................................. 26 3.1. Medidores de Caudal (FT) ....................................................................................... 26 3.1.1. Fundamentos................................................................................................... 27 3.1.2. Ventaja . .......................................................................................................... 30 3.1.3. Desventaja. ...................................................................................................... 30 3.2. Interruptores de Muy Alto Nivel en Tanques (LSHH) .............................................. 31 3.2.1. Fundamentos................................................................................................... 31 3.2.2. Ventajas ........................................................................................................... 31 3.2.3. Desventajas ..................................................................................................... 32 3.3. Medida de Nivel con Radar (LT) .............................................................................. 32 3.3.1. Fundamentos................................................................................................... 32 3.3.2. Ventajas ........................................................................................................... 33 2 Índice Planta Petroquímica 3.4. Medidores de Presión (PT) ...................................................................................... 33 3.4.1. Fundamentos................................................................................................... 34 3.4.2. Ventajas ........................................................................................................... 34 3.5. Medidores de Temperatura (TT) ............................................................................. 34 3.5.1. Fundamentos................................................................................................... 35 3.5.2. Ventajas ........................................................................................................... 36 3.5.3. Desventajas ..................................................................................................... 36 3.6. Medidores de Peso (WT) ......................................................................................... 36 3.6.1. Fundamentos................................................................................................... 37 3.6.2. Ventajas ........................................................................................................... 37 3.7. Equipos de Puesta a Tierra (XS) ............................................................................... 38 3.7.1. Fundamentos................................................................................................... 39 3.7.2. Ventajas ........................................................................................................... 40 3.8. Válvulas Motorizadas (MV) ..................................................................................... 40 CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................. 42 4. Montaje de Instrumentación .......................................................................................... 42 4.1. Instalación de Instrumentación ............................................................................... 42 4.1.1. Medidores de Presión ..................................................................................... 42 4.1.2. Medidores de Temperatura ............................................................................ 43 4.1.3. Medidores de Nivel por Radar ........................................................................ 43 4.1.4. Interruptores de Nivel ..................................................................................... 43 4.1.5. Medidores de Caudal (Coriolis) ....................................................................... 44 4.2. Instalación de Bandejas para cables ....................................................................... 44 4.3. Instalación de Cajas de Conexionado ...................................................................... 46 4.4. Instalación aérea de Cables y Multicables de Instrumentos ................................... 46 4.5. Conexionado de cables y Multicables ..................................................................... 47 CAPÍTULO 5 ................................................................................................................................. 49 5. Sala de Control ................................................................................................................ 49 5.1. Lógica Básica en PLC ................................................................................................ 50 5.1.1. Control y monitorización de variables en Tanques ......................................... 50 5.1.2. Control y monitorización de Llenado de Tanques ........................................... 58 5.1.3. Control y monitorización de Descarga de Tanques ......................................... 59 5.1.4. Control y monitorización de Bombas .............................................................. 59 5.2. Sistema de Control Distribuido ............................................................................... 63 3 Índice Planta Petroquímica 5.2.1. Elaborando nuestro SCD ................................................................................. 63 5.2.2. SCD a instalar: SIMATIC PCS 7 ......................................................................... 64 5.3. Otros equipos de control comunicados .................................................................. 66 5.3.1. Control de Válvulas Motorizadas .................................................................... 66 5.3.2. Control de Pesaje de Camiones-Cisternas ....................................................... 67 ANEXO I – Planos de Ingeniería……………………………………………………………………………………………..68 Plano 001 …………………………………………………………………………………………………….70 Plano 002 …………………………………………………………………………………………………….71 Plano 003……………………………………………………………………………………………………..72 Plano 004 …………………………………………………………………………………………………….80 Plano 005 …………………………………………………………………………………………………….81 Plano 006 …………………………………………………………………………………………………….88 Plano 007 …………………………………………………………………………………………………..103 Plano 008 …………………………………………………………………………………………………..104 Plano 009 ……………………………………………………………………. …………………………….111 ANEXO II – Hojas de datos de Fabricantes……………………………………………………………………………131 Interruptor de Muy Alto Nivel (VEGA)………………………………………………………….132 Transmisor de Caudal (EMERSON) .…………………………………………………………….147 Transmisor de Nivel (VEGA)………………………………………………………………………..165 Transmisor de Presión (EMERSON)………………………………………………………………184 Transmisor de Temperatura (ENDRESS+HAUSER)………………………………………..202 Puesta a Tierra (NEWSON GALE) ………………………………………………………………218 Transmisor de Peso de Cisternas (METTLER TOLEDO)…………………………………220 ANEXO III – Válvulas ,Estación Maestra Rotork y SIMATIC PCS 7………………………………………….228 Válvulas Motorizadas………………………..…………………………………………………..……229 Estación Maestra Pakscan P3………………………..…………………………………………….251 SIMATIC PCS 7……………………………………………………………………………………………..270 ANEXO IV – Ofertas……………………………………………………………………………………………………………….275 VEGA……………………………………………………………………………………………………………276 EMERSON …………………………………………..………………………………………………………281 ENDRESS+HAUSER………………………………………………………………………………………284 NEWSON GALE……………………………..…………………………………………………………….288 METTLER TOLEDO………………………………………………………….……………………………289 ROTORK……………………………………………………………………….……………………………..292 TÉCNICAS DEL CABLE…………………………………………………….…………………………….293 PEMSA……….………………………………………………………….……………………………………294 CEAG-COOPER……….………………………………………………………….………………………..295 MONTAJES INDUSTRIALES………………………………………….…………………………….…296 MONTAJES DE SISTEMAS……………………………………………….…………….……………..297 4 Índice Planta Petroquímica ANEXO V – Presupuesto del Proyecto …………………………………………………………………………….298 ANEXO VI – Planificación del Proyecto ……………………………………………………………………………300 ANEXO VII – Materiales…………………………………………………………………………………………………..302 Bandeja para cables……………………………………………………………………………….303 Cables de Instrumentación……………………..………………………………………………306 Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………..310 5 Agradecimientos: A mi familia, a los que están y a los que nos dejaron, por su confianza y apoyo incondicional, tanto moral como económico, a lo largo de la carrera, que al final se convirtió en maratón. Sin ellos no estaría donde estoy. A Ingasol S.L. Ingeniería y Desarrollo, la empresa que me ha visto crecer profesionalmente hablando, en especial a José García Sáez, Miguel Lucas y Juan Marín, que han confiado siempre en mí, y han sabido combinar ser jefes, compañeros y maestros a la vez. Enseñándome el oficio y con el que he podido elaborar éste proyecto. A Ángel Maciá por haber hecho que me adentrara en el mundo del Betún-Asfáltico y por ser como es. A todos mis compañeros de piso, y amigos que he hecho a lo largo de la carrera, que hemos hecho piña para seguir para adelante en todo momento, en especial a José Rubio “Many”, que hemos estado juntos desde el primer día de carrera, llegando incluso a brindarme la oportunidad de iniciarme en el mundo laboral junto a él, en el momento oportuno. Y a Daniel García por su efectiva ayuda en documentación para el Proyecto. Al Centro Excursionista de Cartagena, que es como una familia en la que disfrutamos de la naturaleza juntos. Que de una manera indirecta me han ayudado a finalizar la carrera, y lo que es más importante, de conocer a una persona que está incondicionalmente a mi lado, que me apoya y a la que quiero, a ti María del Carmen Abril. A mi director de proyecto Antonio Guerrero y a Juan Carlos Molina, por ayudarme y hacer realidad este Proyecto Final de Carrera. Y a todos esos comerciales que he involucrado pidiendo ofertas y que me han ayudado a poder tener documentación real. A Coldplay, ACDC, Linkin Park, Avantasia, Loreena McKennitt y Ludovico Enaudi, que con música, todo es más fácil, y me han amenizado todo el PFC y parte de la carrera. A todos va dedicado éste Proyecto Final de Carrera. Mil Gracias. ““““TTTTooooddddoooo ssssiiiieeeemmmmpppprrrreeee ssssuuuucccceeeeddddeeee ppppoooorrrr uuuunnnn ppppoooorrrrqqqquuuuéééé”””” Capitulo 1 Introducción Capítulo 1 1.I ntroducción 1.1. Motivaciones Durante la carrera se han estudiado todo tipo de fundamentos sobre equipos electrónicos de medida y sus aplicaciones en el mundo de la industria. Junto con el Departamento de Automatización Industrial y basándome en el que fue tal vez mi primer proyecto laboral en el que participaba casi íntegramente en toda la parte de Electricidad e Instrumentación, desarrollamos toda la Ingeniería básica para Automatizar una Planta “ficticia” de Almacenamiento de Betún-Asfáltico. 1.2. Objeto Las industrias en general constituyen la principal fuente generadora de recursos económicos y energéticos para un país, por lo cual deben optimizar el manejo de producción con la implementación de Sistemas Automáticos y de Control con tecnología de nueva generación, lo cual permite incrementar la eficiencia en el proceso de Producción, Mantenimiento y Control. El avance tecnológico ha permitido el desarrollo de nuevos y mejores productos, y el costo cada vez más alto de la energía necesaria para producir estos productos y las regulaciones industriales, cada vez más estrictas, han servido como incentivo para el desarrollo de instrumentos y equipos acordes con las exigencias actuales. Un claro ejemplo del desarrollo tecnológico y su aplicación es la implementación de los controladores lógicos programables más conocidos ́ como PLC s en la industria y de los Sistemas de Control Distribuidos (SCD ó DCS) y con mayor razón en el área Petrolera, donde ocupan un lugar especial Capítulo 1 Introducción por su versatilidad y claro acoplamiento en tareas tan especificas como el almacenamiento y distribución de derivados de petróleo. En este Proyecto se presenta el desarrollo de la Ingeniería Básica por la parte de Instrumentación (sin prestar detalle a la parte Mecánica y de Proceso real) para su aplicación en áreas tan específicas como en la distribución de hidrocarburos (Betún-Asfáltico) y de su control en tanques de almacenamiento bajo procesos totalmente automatizados y controlados mediante PLC y SCD desde una Sala de Control de la propia Factoría. 1.3. Resumen Partimos de una Planta ficticia de Almacenamiento de productos derivados del petróleo (Betún-Asfáltico). El director quiere Automatizar la Factoría para Controlar y Visualizar todo el proceso, junto con la toma de datos, desde la Sala de Control. Para conseguir esto el Proyecto lo dividiremos en las siguientes fases. Fase 1: Diseño de la totalidad de los Planos de Ingeniería (Anexo I) para la realización de la Automatización de la Factoría. Además se usará para petición de ofertas, para el suministro de equipos y material para el proyecto, ofertados en Anexo IV. Fase 2: Elección de los diferentes equipos electrónicos de medida, control y válvulas de fabricantes necesarios para la Automatización de la Factoría. Además se hará una breve explicación de fundamentos de los equipos para una mejor comprensión de las tecnologías a usar (Capítulo 3 y Anexos II). Fase 3: Descripción detallada para el montaje de instrumentación, cajas de conexiones de señales, cables y multicables de instrumentos y bandejas para cables (Capitulo 4). 9 Capítulo 1 Introducción Fase 4: Elección y arquitectura en Factoría de los diferentes Equipos de Control y Visualización de Procesos para la Automatización: PLC, SCD y del Sistema Pakscan para control de Válvulas Motorizadas (Capitulo 5 y Anexo III). Fase 5: Elaboración de un Planificación orientativa para ejecución del proyecto y de un Presupuesto orientativo del gasto que implicaría la Automatización de una Factoría de éstas categorías. 10