Mejoras en Sistema de Control.

Mejoras en Sistema de Control para Nueva Planta de Ácido Sulfúrico

(Incidente y Falla en Planta Previa)

Hugo F. Ramírez

Industria Sulfúrica S.A.

hframirez@isusa.com.uy

Resumen

La automatización de procesos y operaciones en plantas de producción de ácido sulfúrico, con el avance en los dispositivos de medición y control, han condicionado los diseños de los sistemas de control de modo que suplen parcialmente la intervención y supervisión de los operadores, en lugar de complementar y fortalecer los mismos con diseños más adecuados.

Existen casos en que “menos es más”, y es allí cuando la información disponible al operador debe ser concreta, útil y con umbrales determinados, evitando multiplicar controles en exceso, con un sistema cómodo y de fácil mantenimiento. Por ello, el caso de falla del sistema de control en una planta de ácido sirvió como base para el diseño del sistema de control para una nueva planta de mayor capacidad.

Aplicando procedimientos para el control de planta en modo manual con personal entrenado, se pudo abordar la contingencia ante la no respuesta del control automático ante una falla en una planta de 120 tpd. Ese caso permitió luego mejorar el diseño del sistema de control para una nueva planta de ácido sulfúrico de 300 tpd, ahorrando en controladores, invirtiendo en seguridades,  enclavamientos de procesos, reforzando puntos críticos, señales necesarias, y la interacción con el personal que opera.

Abstract

The automation of the processes and operations of plants producing sulfuric acid, with the advancement in the measurement and control devices, have conditioned the control systems designs so that partially replaced the intervention and surveillance by operators, rather to complement and strengthen it with suitable designs.

There are cases where "less is more", and that's when the information available to the operator must be concrete, useful and with specific thresholds, avoiding multiple controls in excess, with a comfortable and easy system to maintain. Therefore, the case of failure of the control system in an acid plant served as basis for the design of control system for a new larger plant.

Applying plant control procedures in manual mode with trained staff, allowed to address the contingency of not response of automatic control due a fail in a 120 tpd plant. That case, allowed then improve the design of the control system for a new sulfuric acid plant of 300 tpd, saving in controllers, investing in safety, in interlocks processes, reinforcing critical points, necessary signals, and interaction with personnel operating. 

I - Introducción

En las últimas tres décadas el desarrollo de los elementos de medición y sensores no ha sido ajeno a los avances en los lazos y formas de controlar o automatizar los procesos. No obstante, la proliferación de elementos de medición opacó en cierta medida a las ventajas que dan controladores programables, haciendo que los primeros se reemplacen y actualicen en los procesos de las plantas más frecuentemente que los segundos.

Entonces, cabe preguntarse por qué generalmente se asocia un mejor control con mayor cantidad de dispositivos de medición y/o sensores.

Luego de determinados casos de falla acaecidos y de operación en modo precario de control, se plantea la existencia de un óptimo en la arquitectura del sistema de control, donde cuanto menor sea cantidad de datos que se muestren innecesariamente, mejor será el control del proceso por parte de los supervisores, más allá del PLC (Controlador Lógico Programable) que gobierne los lazos del sistema.

Esto se basa en el principio de la capacidad de atención en puntos críticos del proceso (los más vulnerables y los de mayores consecuencias), y en evitar la dispersión del control personal en variables fácilmente controlables o advertidas por un sistema programable.

A. Antecedentes

Industria Sulfúrica S.A. fundada en 1947, dedicada a la fabricación de productos químicos y fertilizantes en Uruguay, opera Plantas de Ácido Sulfúrico desde 1950 cuando la producción diaria de la primera unidad era de sólo 13 toneladas por día (tpd), hasta llegar hoy a 4 plantas de producción con una capacidad acumulada de más de 600 tpd, todas a partir de azufre elemental y de simple absorción.

        Desde ya hace más de 60 años, y con menores recursos tecnológicos que hoy (Fig. 1) desde el punto de vista de medición y control, se enfocaba el proceso en controlar los puntos críticos, a saber, concentración y nivel de ácido sulfúrico, temperaturas de lechos de catalizador, presión y nivel de generadores de vapor, y la fusión del azufre.

        Con el transcurso de los años, aparecieron nuevos equipos no sólo para medir las variables de las diferentes etapas del proceso, sino para realizar enclavamientos y lazos de control. En las plantas de ácido sulfúrico en cuestión, se identificaron los siguientes procesos: fusión de azufre, combustión de azufre, generación de vapor, oxidación catalítica del SO2, absorción de SO3, secado de aire, enfriamiento, almacenamiento.

Asimismo, cada una de estas etapas estaba controlada mediante la medición de las siguientes variables: temperaturas, presiones, caudales, corrientes, niveles, concentraciones, estados, frecuencia de motores.

La interrelación entre las variables de un mismo o de diferentes procesos da lugar a lazos de control, que hasta fines de los años ’70 no eran confiables y por ende se redundaba en elementos de medición y controladores simples para procesos discretos.

Por ende, la proliferación de dispositivos continuó logrando que las plantas tuvieran controles discretos repetidos innecesariamente.

Luego de tener en operación 3 plantas de ácido sulfúrico de 120 tpd cada una (construidas en 1950, 1982 y 2008), se proyecta una cuarta planta con capacidad de 300 tpd, que finaliza con la instalación, montaje y puesta en marcha en 2014. Dadas las experiencias de las ampliaciones y mejoras en la automatización de la Planta N°1 Ciudad del Plata en 2002 (luego de una previa en 1960), así como la construcción de la Planta N°2 Ciudad del Plata en 1982 y de la Planta N°1 Localidad Agraciada en 2008, el desafío fue lograr una nueva unidad de producción con un sistema de control mejorado y eficiente, tomando en cuenta las fallas e incidentes de las anteriores. Considerando que, salvo la primera planta, el “know-how” del diseño y montaje de las unidades de producción de la empresa ha sido de ISUSA, para este nuevo proyecto no fue la excepción, incluyendo el sistema de control.

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